一种具有复合吸气剂层的mems组件及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有需要真空腔内部结构的MEMS组件，更具体地，涉及具有用于长期 保持腔体内部结构周围真空环境的复合吸气剂层的MEMS组件。
【背景技术】
[0002] 通过微机电系统（MEMS)技术制造的微器件正在许多领域中发挥着重要作用。例 如，微陀螺仪在交通和商业应用中实现了极为重要的控制系统。由MEMS技术制造的其它微 器件，例如压力传感器，微加速计，红外传感器和谐振器也广泛的应用于许多领域。
[0003] -些MEMS器件，的内部元件需要在真空环境下才能正常使用，例如微陀螺仪和红 外传感器等。保证该类器件可靠性及使用寿命关键是维持内部密封腔室的真空度。在MEMS 器件组装过程中，密封工艺、封装材料、腔体内部件缓慢放气而产生持续的压强上升，这种 内部环境的变化可降低密封MEMS器件的性能并缩短其寿命。
[0004] 在实际应用中，业内多采用某些类型的吸气剂以吸附内部腔室内的水汽和气体物 质。具体地，使用由多孔烧结金属颗粒制成的高吸附性能吸气剂，并带来了不同程度的成 功。然而，使用多孔烧结型金属吸气剂会带来严重的可靠性问题，因为吸气剂颗粒在制造过 程中或器件发生颤动或震动后容易发生脱落。这些脱落的吸气剂颗粒可严重影响MEMS器 件中的传感装置的准确性、灵敏度，甚至造成器件短路。特别是MEMS器件尺寸降至微米级 的非常精密的结构时，影响更为显著。可靠性的降低将对MEMS传感器元件造成暂时的或永 久的损伤。某些特殊领域中，吸气剂颗粒的脱落还会对内部其他部件造成堵塞等损害。
[0005] 对于非金属吸气剂，它们可由有机硅盐或氧化物形成，该类型的非金属吸气剂通 常用于具有大平坦区域的大尺寸腔体，主要用于在没有良好密封环境的腔体中吸附潮气。
[0006] 因此，需要提供另外改良的位于密封腔体内的MEMS器件组件来克服上述问颗。
【发明内容】
[0007] 为了解决MEMS器件内部置放吸气剂空间不足以及由内部真空度引起的可靠性衰 减问题。本发明提供一种具有复合吸气剂层的MEMS组件，该组件不仅能维持密封腔室的真 空度，还能方便地与MEMS器件其余部件进行组合装配。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] -种具有复合吸气剂层的MEMS组件的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0010] A.将非蒸散型吸气材料粉末、有机粘结剂和稀土氧化物三种组分混合均匀；三种 组分的配比为40~60wt% :30~55wt% :5~10wt% ;
[0011] B.使用40~300目的筛网在MEMS器件的盖板材料或管壳材料上丝印厚度为10~ 400微米的复合吸气剂层；
[0012] C.将步骤B制备的MEMS器件在350~400°C真空烧制，制备出具有复合吸气剂层 的MHMS组件。
[0013] 如上所述的制备方法，优选地，所述非蒸散型吸气材料粉末为锆钒铁吸气剂。
[0014] 如上所述的制备方法，优选地，所述有机粘结剂为乙基纤维素、硅烷偶联剂和松油 醇的混合液,三者的配比为5~15wt% : 5~15wt% : 70~90wt%。
[0015] 如上所述的制备方法，优选地，所述稀土氧化物为氧化铈、氧化铌、氧化铪或氧化 镧。
[0016] 如上所述的制备方法，优选地，所述筛网为工业级标准的聚酯筛网。
[0017] 如上所述的制备方法，优选地，所述MEMS器件的盖板材料或管壳材料为可伐合 金、陶瓷或锗片。
[0018] 如上所述的制备方法，优选地，所述步骤C的烧制时间为1~2小时。
[0019] 另一方面，本发明提供一种具有复合吸气剂层的MEMS组件，其是采用如上所述的 方法制备的。
[0020] 本发明的有益效果在于：本发明的生产方法主要是将非蒸散型吸气材料粉末 (wt% :40~60% )、有机粘结剂（wt% :30~55% )、稀土氧化物（wt% :5~10% )三种组 分在真空或惰性气氛环境下搅拌均匀，其中吸气材料粉末是吸气剂的主体材料，有机粘结 剂是丝网印刷浆料的载体并可在真空烧制后起到造孔作用，稀土氧化物是起到吸湿剂及抗 氧化作用。通过调节上述三种成分的比例可以控制浆料的粘度，结合后续丝网印刷网版的 孔径可以控制所制备吸气剂层的厚度。然后将混合均匀的浆料采用丝网印刷制备技术在底 板上制备出一定形状和厚度的吸气剂层，在真空烧结炉中将有机粘结剂脱除，以避免残余 碳对吸气性能的影响及起到造孔作用。该方法制备的的具有复合吸气剂层的MEMS组件，在 维持密封腔室真空度的同时，方便地在MEMS器件的多个内部部件上进行制备，结构简单， 操作方便。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明工艺流程图。
[0022] 图2是实施例1制备的具有复合吸气剂层的MEMS组件的纵剖面构造图。
[0023] 图3是实施例2制备的具有复合吸气剂层的MEMS组件的纵剖面构造图。
[0024] 图4是实施例1的复合吸气剂层的吸气性能测试图。
[0025] 图5是实施例2的复合吸气剂层的吸气性能测试图。
[0026] 图1-3中，1.活性吸气剂粉末，2.有机粘结剂，3.稀土氧化物，4.复合吸气剂层， 5.可伐合金盖板，6.陶瓷管壳，7.封接焊料。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0028] 在图1中，活性吸气剂粉末（1)、有机粘结剂（2)、稀土氧化物（3)三者混合均匀， 形成具有一定粘度的浆料，通过丝网在盖板材料或者管壳材料上印刷出一定的形状，并在 450°C下烧制而成。烧制成的具有复合吸气剂层的盖板在300°C温度下保温1小时进行吸气 剂的激活测试。
[0029] 实施例1
[0030] 制备具有复合吸气剂层的MEMS组件的工艺过程如图1所示，具体操作如下：
[0031] A.将锆钒铁吸气剂粉末（55wt% )、有机粘结剂（40wt% )和氧化铌（5wt% )三种 组分混合均匀；该有机粘结剂为乙基纤维素、硅烷偶联剂和松油醇的混合液，三者重量比例 为 5% :10% :85%。
[0032] B.使用200目的聚酯筛网在MEMS器件的可伐合金盖板上丝印厚度为95微米的复 合吸气剂层；
[0033] C.将步骤B制备的MEMS器件在450°C真空烧制1小时，制备出具有复合吸气剂层 的MEMS组件。MEMS组件结构如图2所示，复合吸气剂层4附着在MEMS器件的盖板5上。
[0034] 烧制成的具有复合吸气剂层的盖板在300°C温度下保温1小时进行吸气剂的激活 测试。结果如图4所示。
[0035] 将具有复合吸气剂层的盖板装配到振动测试台上，进行抗振动强度的测试（随机 振动：GJB-548B-2005,方法2026. 1)，并与现有的多孔烧结金属颗粒吸气剂牢固度的进行 对比，结果如表1所示。
[0036] 实施例2
[0037] 采用与实施例1相同的工艺过程，具体操作如下：
[0038] A.将锆钒铁吸气剂粉末（40wt% )、有机粘结剂（50wt% )和氧化铈（10wt% )三 种组分混合均匀；该有机粘结剂为乙基纤维素、硅烷偶联剂、松油醇的混合液，三者重量比 例为 10% :15% :75%。
[0039] B.使用300目的聚酯筛网在MEMS器件的陶瓷管壳上丝印厚度为40微米的复合吸 气剂层；
[0040] C.将步骤B制备的MEMS器件在450°C真空烧制1. 5小时，制备出具有复合吸气剂 层的MEMS组件。MEMS组件结构如图3所示，复合吸气剂层4附着在MEMS器件的陶瓷管壳 6上。
[0041] 烧制成的具有复合吸气剂层的盖板在300°C温度下保温1小时进行吸气剂的激活 测试。结果如图5所示。
[0042] 将具有复合吸气剂层的盖板装配到振动测试台上，进行抗振动强度的测试（随机 振动：GJB-548B-2005,方法2026. 1)，并与现有的多孔烧结金属颗粒吸气剂牢固度的进行 对比，结果如表1所示。
[0043] 表1复合吸气剂层的振动强度测试结果
[0044]
【主权项】
1. 一种具有复合吸气剂层的MEMS组件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步 骤： A. 将非蒸散型吸气材料粉末、有机粘结剂和稀土氧化物三种组分混合均匀；三种组分 的配比为 40 ~60wt% :30 ~55wt% :5 ~10wt% : B. 使用40~300目的筛网在MEMS器件的盖板材料或管壳材料上丝印厚度为10~400 微米的复合吸气剂层； C. 将步骤B制备的MEMS器件在350~400°C真空烧制，制备出具有复合吸气剂层的 MHMS组件。
2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非蒸散型吸气材料粉末为锆钒铁 吸气剂。
3. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机粘结剂为乙基纤维素、硅烷偶 联剂和松油醇的混合液，三者的配比为5~15wt% : 5~15wt% : 70~90wt%。
4. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化铈、氧化铌、氧 化铪或氧化镧。
5. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述筛网为工业级标准的聚酯筛网。
6. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MEMS器件的盖板材料或管壳材料 为可伐合金、陶瓷或锗片。
7. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C的烧制时间为1~2小时。
8. -种具有复合吸气剂层的MEMS组件，其特征在于，其是采用如权利要求1-7中任一 项所述的方法制备的。
【专利摘要】一种具有复合吸气剂层的MEMS组件及其制备方法，该方法包括：将非蒸散型吸气材料粉末、有机粘结剂、稀土氧化物三种组分混合均匀；使用40～300目的筛网在MEMS器件的盖板材料或管壳材料上丝印厚度为10～400微米的复合吸气剂层；在350～400℃真空烧制，制备出具有复合吸气剂层的MEMS组件。该组件可以在维持密封腔室真空度的同时，方便地在MEMS器件的多个内部部件上进行制备，结构简单。此组件在真空封装后，通过吸收内部腔室内的水汽及残余气体，可以提高MEMS器件的使用可靠性及寿命。
【IPC分类】B81C1-00, B81B7-00
【公开号】CN104743502
【申请号】CN201310751893
【发明人】朱君, 张心强, 李洋, 徐瑶华
【申请人】北京有色金属研究总院
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月31日