一种低温激活的大容量吸气薄膜及其生产工艺的制作方法

本发明涉及电子元件材料，尤其涉及一种低温激活的大容量吸气薄膜及其生产工艺。

背景技术：

1、近年来随着传统电真空器件及各类传感器、mems器件向小型化、扁平化、集成化，其所需的吸气剂从蒸散型为主逐渐转变为以非蒸散型为主，其形状也从传统的圆柱形，发展为薄片状的厚膜、薄膜、进而集成在晶元上，吸气剂在厚度方向的尺寸也从数毫米，发展为几百微米，进而发展为数微米，为使这些吸气剂可以正常工作，需要在真空或惰性气体中加热一段时间以使吸气剂表面的碳、氧向内部扩散从而暴露出活性的吸气表面。这一过程称之为激活。不同的吸气合金需要不同的激活温度和时间组合，如锆铝吸气合金750℃需要数小时，或900℃30秒；锆钒铁合金500℃需要10min，或400℃数小时。一般说来，激活温度越高，需要的时间越短。同一种合金，不同的吸气剂形态，所需要的激活温度也会有所不同。如锆钴稀土吸气剂，以粉末形式压制的产品，需要350℃-400℃维持数十分钟，而以磁控溅射方式获得的第一晶粒和第二晶粒尺寸为数十纳米的吸气薄膜，可以在300℃维持30min激活，并且在镀膜加工时会用到真空镀膜机等设备。

2、近年来，随着mems器件由金属封装，发展到陶瓷封装，进而到晶圆级封装，允许吸气剂的激活温度也越来越低，随着制程时间的缩短，要求激活吸气剂的时间也越来越短。目前主流的封装工艺，要求吸气剂能在280℃到350℃之间，30min之内完成激活。

3、目前，为能在低温激活吸气剂，主要有以下技术途径：

4、第一个是使用钛锆钒三元合金或钛锆铪钒四元合金。将其合金粉末压制的片状吸气剂，其激活需要400到450℃维持数十分钟。然而将其作为靶材溅射，得益于其数纳米的晶粒尺寸和高的含钒量，其最低能在160-180℃激活。然而在此低温下其激活时间相当长，需要维持2h以上。这么长的激活时间，只能应用在一些特殊的试验装置中，无法在如mems器件等对封装时间有要求的场合中使用。并且使用的金属钒对环境不友好，虽然其对一氧化碳的吸气能力优良，但对真空器件的主要残余气体的氢气的吸气能力较低。

5、其次是使用锆钴稀土合金。由于其中的稀土具有较大的活性，由锆钴稀土粉末压制而成的片状吸气剂能在350到400℃保持30min激活。当用锆钴稀土合金作为靶材溅射，获得的数十纳米晶粒大小的薄膜吸气剂，激活温度可以进一步降低到250到300℃。这也是目前应用于晶圆级封装的最主要的吸气材料。然而这种吸气合金加工时内部应力较大，在制作大尺寸的靶材时容易开裂，通常需要绑定在背板上使用。并且其溅射而得的薄膜由于内部的应力，在厚度超过3微米时也容易开裂剥落。这也限制了吸气薄膜在单位面积上能获得大的吸气容量。

6、为解决这些问题，中国专利200410049383公开了一种通过阴极沉积获得的非蒸发性吸气多层沉积物及其制造方法，其通过磁控溅射的方法在基底上沉积一层钛作为主吸气层，然后沉积一层很薄的能低温激活的吸气层来制备复合吸气膜。这种方法可以获得较低的激活温度和较高的吸气容量，然而和单层吸气薄膜相比，其激活温度降低的极其有限。并且其生产设备中需要配备两种不同的靶材，因此靶材的尺寸就受到了限制，由于镀膜均匀性的要求，其每炉镀膜的产品数量也就受到了限制，两种膜需要先后生产，效率低下。

7、中国专利201610916723公开了一种通过电子束蒸发纯金属和nacl，然后用水溶解nacl以获得多孔调节层，然后在调节层上再磁控溅射沉积锆钴稀土薄膜的方法。该方法虽然解决了锆钴稀土薄膜与基材的应力匹配的问题，但是其制作工艺繁琐，需要频繁的进出真空设备进行加工，效率低下。并且其虽然得益于多孔调节层的存在，其在200℃维持90min就可以激活，但此时的产品吸气能力也极其有限。其吸气薄膜要想获得满意的吸气能力，需要在300℃维持45min左右。

8、中国专利201811622378公开了一种三明治结构的吸气薄膜，其首先在基底上沉积一层致密的钛作为阻挡层，阻止激活时基材放出的杂质气体毒化吸气层，同时其也有利于调节吸气薄膜的微观结构；然后在阻挡层上沉积锆钴稀土吸气层；最后再沉积一层薄薄的贵金属钯作为保护层，避免吸气层的开放式表面长期暴露大气而造成的氧化。这种三明治结构虽然可以使吸气薄膜在较低的温度下实现对氢气的吸收，然而由于金属钯的阻挡，其对一氧化碳的吸收受到了限制。并且其生产过程中在真空腔体中至少需要布置3种靶材，其同样是需要先后镀膜，生产效率低下。

9、但是这些措施没有从根本上解决锆钴稀土合金内部应力大的问题，其镀的膜层厚度受到了较大的限制，难以在单位面积上通过增加膜层的厚度来增加吸气容量。制作锆钴稀土靶材时，大尺寸的靶材必须与背板绑定才能使用，其铸造和绑定的过程良率也很低，在使用过程中也容易出现开裂等不良，并且在生产这种吸气薄膜需要用到的真空镀膜机设备在使用时对需要镀膜的物料表面纯度要求较高，物料表面存在灰尘等颗粒物时会导致镀膜的效果不佳，并且可能会导致镀膜的失败，降低镀膜的效率，无法对物料表面进行清理，不能够实现将物料表面粘附附着的灰尘等进行进一步的清洁，物料表面的灰尘与颗粒物可能会进入到设备的内部，导致设备内部的整洁度降低，进而影响到设备镀膜的效果，不便避免灰尘等悬浮固体颗粒物对镀膜产生的影响。

10、为此，我们提出一种低温激活的大容量吸气薄膜及其生产工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低温激活的大容量吸气薄膜，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低温激活的大容量吸气薄膜，包括吸气层，其特征在于，所述吸气层的顶端外壁设置有顶膜层，所述吸气层中均匀混合有添加物质，所述添加物质是由钙酰亚胺、镍和稀土混合而成，所述吸气层包括有基底，所述吸气层的材质为钛钡合金薄膜，所述钛钡合金薄膜是通过钛原子、钡原子在基底表面沉积所产生的膜，所述吸气层的基底可为不锈钢、可伐、硅、锗和陶瓷，所述吸气层是通过磁控溅射工艺制备，所述顶膜层的材质为保护涂料，所述顶膜层、吸气层的膜厚总和为0.1微米到10微米，所述吸气层中包括有第一晶粒和第二晶粒，所述第一晶粒和第二晶粒的尺寸为5到500纳米。

3、优选的，一种低温激活的大容量吸气薄膜生产工艺，包括真空镀膜机，其特征在于：所述真空镀膜机的表面设置有清洁处理机构；所述清洁处理机构包括清理单元，所述清理单元设置于真空镀膜机的顶部；所述清洁处理机构还包括除尘单元，所述除尘单元设置于真空镀膜机的顶部；所述真空镀膜机的一侧设置有降尘机构，所述降尘机构用于增加环境的湿度，有利于降低周围环境的悬浮固体颗粒物。

4、优选的，所述清理单元包括固定连接于真空镀膜机顶部的清洁放置盒，所述清洁放置盒的表面转动安装有盖板，所述盖板为金属材质制成，所述清洁放置盒的表面固定安装有转轴，所述转轴的数量为两个，所述清洁放置盒与盖板的连接处通过转轴转动连接，所述盖板的表面固定安装有把手，所述清洁放置盒的表面固定安装有磁铁，所述磁铁与盖板配合使用，所述清洁放置盒的内壁转动安装有橡胶传动轮，所述橡胶传动轮的数量为四个，所述清洁放置盒的表面固定安装有电机，所述电机的输出端贯穿至清洁放置盒的内壁并与其中一个橡胶传动轮的表面固定连接，所述清洁放置盒的表面固定安装有固定架，所述固定架的表面与电机的表面固定连接，通过设置清洁放置盒，使用者将物料放置在其中进行表面的清洁，使用者握住把手通过转轴转动盖板将盖板翻转打开，磁铁能够对盖板进行固定，金属材质的盖板能够吸附在磁铁的表面，在关闭时能够使盖板固定的更加牢靠，使用者通过外界控制开关启动电机，电机通过外接电源进行供电，电机的输出端带动橡胶传动轮进行转动。

5、优选的，所述橡胶传动轮的表面均套设有传动皮带，所述传动皮带的表面固定安装有连接圆板，所述连接圆板的数量为两个，所述连接圆板的表面转动安装有套杆，所述套杆的数量为两个，通过设置橡胶传动轮，橡胶传动轮在转动的同时能够带动其表面套设的传动皮带进行转动移动，进而可以带动固定连接于其表面的连接圆板与套杆进行转动移动。

6、优选的，所述套杆的表面均套设有静电除尘掸，所述静电除尘掸的数量为两个，所述清洁放置盒的内壁固定安装有固定板块，所述固定板块的表面固定连接有放置铁网，通过设置套杆，套杆在进行转动移动时套设在其表面的静电除尘掸能够对放置在固定板块表面设置的防止铁网的物料表面进行清洁，静电除尘掸沿上下围绕物料转动清洁，能够有效的将物料表面附着粘附的残留的灰尘等颗粒物清洁干净，多方位更加全面的进行清洁。

7、优选的，所述除尘单元包括抽风机，所述抽风机固定安装于真空镀膜机的表面，所述抽风机的表面固定连通有抽风管，所述抽风管的数量为两个，通过设置抽风机，使用者通过外界控制开关启动抽风机，抽风机通过外接电源进行供电，抽风机运转能够将清洁产生的灰尘通过气流抽出清洁放置盒的内部，借助抽风管的配合使用能够更好的进行除尘操作。

8、优选的，所述清洁放置盒的顶部固定连接有壳体，所述壳体的内壁固定安装有静电除尘过滤器，所述抽风管的一端固定连通于壳体的内壁，所述壳体的表面固定连通有连接气管，所述连接气管的数量为六个，通过设置静电除尘掸，静电除尘掸沿上下围绕物料转动清洁，当静电除尘掸移动至中间时，抽风机产生的气流会将灰尘等颗粒物通过壳体内设置的静电除尘过滤器抽出，灰尘等颗粒物会进一步的附着在静电除尘过滤器的表面，进而可以对静电除尘掸进行清洁，连接气管配合抽风机使用，在清洁放置盒的底部进行抽气。

9、优选的，所述清洁放置盒的内壁固定安装有滤盒，所述连接气管的一端贯穿至滤盒的内壁，所述清洁放置盒的内壁滑动安装有放置板，通过设置滤盒，滤盒可以对移动到清洁放置盒底部的静电除尘掸进行清洁，灰尘等颗粒物附着在滤盒中，清新过滤后的空气通过静电除尘过滤器与滤盒排出，达到了灰尘过滤除尘的作用，放置板便于使用者放置更多的物料。

10、优选的，所述降尘机构包括超声波加湿器，所述超声波加湿器设置于真空镀膜机的一侧，超声波加湿器的表面固定连接有连接件，所述连接件的数量为两个，所述超声波加湿器通过连接件固定连接于真空镀膜机的一侧，所述超声波加湿器的顶部固定连通有加湿管，所述加湿管的数量为三个，通过设置超声波加湿器，使用者在清洁过程中通过外界控制开关启动超声波加湿器，超声波加湿器通过外接电源进行供电，超声波加湿器运转能够产生水雾，用于增加环境的湿度，有利于降低周围环境的悬浮固体颗粒物，连接件能够对超声波加湿器进行安装固定，并且便于使用者对其进行拆卸，更加的方便，加湿管便于极细微的水雾的排出，方便对周围环境的降尘。

11、优选的，根据权利要求2-9所述的一种低温激活的大容量吸气薄膜生产工艺，包括以下步骤：

12、s1：基底制备：准备用于反应的基底，基底制备包括，选择基底，在多种材质中选择合适的基底，其中基底的材质可为不锈钢、可伐、硅、锗和陶瓷，清洁基底，对基底的表面进行高压清洗，并进行烘干，涂抹润滑剂，对清洗后的基底表面涂抹润滑剂；

13、s2：制备反应剂原料：制备所需的反应剂原料，用于制作与基底产生反应的反应剂，制备反应剂中的所需材料如下，钛原子、钡原子、钙酰亚胺、镍和稀土；

14、s3：混合反应剂：将所有的反应剂原料混合，并在混合机器下持续搅拌15min—30min，混合反应剂的具体实施方式如下，混合钛与钡原子，再将钙酰亚胺、镍和稀土混合，使稀土混合物与原子混合物充分混合，混合反应剂中的钛与钡的原子比为从5:1到5:1，混合反应剂中的钙酰亚胺、镍和稀土的比例为2:1:1，且稀土混合物占总混合物的1%到5%，混合反应剂中的钛和钡的原子百分比更优选的比值为1:4；

15、s4：薄膜沉积：将反应剂与基底混合，使基底表面沉积一层钛钡合金薄膜；

16、s5：加热激活：将混合后的基底与反应剂置于200℃的恒温环境下，并持续30min，激活薄膜性能；

17、s6：塑型：选择适应靶材对激活后的薄膜进行塑型，使其达到规定厚度；

18、s7：喷涂涂层：对塑型后的薄膜表面喷涂涂层。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、本发明包括吸气层，所述吸气层的顶端外壁设置有顶膜层，所述吸气层中均匀混合有添加物质，所述添加物质是由钙酰亚胺、镍和稀土混合而成，所述吸气层包括有基底，所述吸气层的材质为钛钡合金薄膜，所述钛钡合金薄膜是通过钛原子、钡原子在基底表面沉积所产生的膜，所述吸气层的基底可为不锈钢、可伐、硅、锗和陶瓷，所述吸气层是通过磁控溅射工艺制备，所述顶膜层的材质为保护涂料，所述顶膜层、吸气层的膜厚总和为0.1微米到10微米，所述吸气层中包括有第一晶粒和第二晶粒，所述第一晶粒和第二晶粒的尺寸为5到500纳米，本发明提供的低温激活的大容量吸气薄膜及其生产工艺具有降低薄膜的激活温度，提高成品质量的技术效果。

21、本发明利用清理单元与除尘单元的配合使用，能够对准备进行真空镀膜的物料表面进行清理，能够实现将物料表面粘附附着的灰尘等进行进一步的清洁，保证镀膜物料的表面干净程度，通过减少物料表面附着粘附的灰尘，能够使物料在设备内进行低温激活的大容量吸气薄膜镀膜时镀膜的效果更好，进一步的提升镀膜的成功率与镀膜的效率，增强了镀膜的质量，减少灰尘等对镀膜效果产生的影响，同时也能够减少进入设备内部的灰尘，保证了设备内部的干净整洁，强化了真空镀膜的整体效果通过设置降尘机构，能够在使用者进行低温激活的大容量吸气薄膜的镀膜加工时，对周围环境进行适当的加湿，用以达到降尘的效果，增加环境的湿度，有利于降低周围环境的悬浮固体颗粒物，避免环境的悬浮固体颗粒物较多附着粘附在物料的表面，或是进入到真空镀膜机设备的内部，进一步的避免了灰尘等悬浮固体颗粒物对镀膜产生的影响。