一种吸气剂薄膜的加工衬底的制作方法

本实用新型涉及真空电子器件和真空仪器技术领域，更具体地说，是涉及一种吸气剂薄膜的加工衬底。

背景技术：

随着电子、军工国防、原子能、轻工、石油等许多领域的发展和需要，真空电子器件和真空仪器的应用越来越广泛，很多真空电子器件和真空仪器需要在高真空的环境下进行工作。为了维持高真空，如10^-4Pa及以上，需要使用吸气剂(Getter)进行电激活或热激活后，维持其高真空。

吸气剂一般分为蒸散型吸气剂、非蒸散型吸气剂，及复合吸气剂。对于非蒸散型的吸气剂，一般是锆为主体(占60％以上)，然后掺杂钛、钽、钍、钴、钒、铝，铁的一种或几种金属，使用混合金属粉末烧结而成，或通过蒸发、溅射、离子束沉积镀上多孔状和稀疏的吸气剂薄膜材料。但对于微型的电子器件或微型的真空器件来讲，需要的吸气剂越来越变得更加的小型化，质量要求比烧结的要求更高。目前，借助半导体的微电子加工技术，使用光刻蚀刻方法进行吸气剂器件的图形化，衬底可为不锈钢、硅片、陶瓷等，如现有的吸气剂衬底如片式吸气剂衬底，通过半导体的光刻蚀刻技术，来加工不锈钢、硅晶圆或陶瓷衬底，蚀刻出所需要的图形；然后使用特殊的工装夹具，放入蒸发或溅射机台中在衬底上进行吸气剂薄膜的沉积，再通过剥离工艺(Lift-off)的方法，进行去胶，最后采用划片工艺切割成吸气剂器件进行封装使用。

虽然上述方法能制造几乎所有需要的小型化吸气剂，但是，该方法几乎所有工序都使用了半导体的工艺技术，工艺复杂、难度大，加工周期长，并且光刻、蚀刻工序需要使用光刻机台，成本高昂，同时使用到了光刻工序中的光刻胶、显影液，和干法、湿法工艺中的特殊蚀刻气体或化学溶液，会导致环境问题或需要进行环保处理排放；另外，针对吸气剂薄膜的不同要求，还需要对沉积薄膜机台的传输系统或腔体结构进行改造，设计特殊的工夹具，才能进行吸气剂薄膜的沉积。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种吸气剂薄膜的加工衬底，采用该加工衬底能够实现避开了光刻和蚀刻工艺以及剥离工艺、划片工艺，进一步实现吸气剂薄膜加工的简单高效化、低成本量产，并提升吸气剂薄膜的吸气性能。

本实用新型提供了一种吸气剂薄膜的加工衬底，包括：

衬底基板；所述衬底基板设有多组镂空槽，每组镂空槽围成的区域内设有多个吸气剂端子；

覆盖在所述衬底基板上的硬掩膜版；所述硬掩膜版设有多个开孔，使上述每组镂空槽围成的区域不被硬掩膜版覆盖。

优选的，所述衬底基板为不锈钢板、玻璃片或陶瓷片。

优选的，所述衬底基板的厚度为0.03mm～0.06mm。

优选的，所述衬底基板的表面设有多个不穿透衬底基板的细孔。

优选的，所述吸气剂端子的尺寸为0.5mm～5mm，形状为圆形、矩形或环形。

优选的，所述硬掩膜为不锈钢板。

优选的，所述硬掩膜版的厚度为0.02mm～0.5mm。

优选的，其特征在于，还包括：

放置所述衬底基板的托盘；

设置在所述硬掩膜版上的纽扣磁铁，用于固定依次叠放的托盘、衬底基板和硬掩膜版。

本实用新型提供了一种吸气剂薄膜的加工衬底，包括：衬底基板；所述衬底基板设有多组镂空槽，每组镂空槽围成的区域内设有多个吸气剂端子；覆盖在所述衬底基板上的硬掩膜版；所述硬掩膜版设有多个开孔，使上述每组镂空槽围成的区域不被硬掩膜版覆盖。与现有技术相比，本实用新型提供的加工衬底具有特定结构及连接关系，能够用于薄膜衬底的加工工艺，实现避开了光刻和蚀刻工艺以及剥离工艺、划片工艺，减少设备投入，利于环保，加工周期短，从而进一步实现吸气剂薄膜加工的简单高效化及低成本量产，并提升吸气剂薄膜的吸气性能；加工得到的吸气剂薄膜可用在非制冷红外焦平面探测器(Uncooled infrared focal plane array detector)、太赫兹(Tera Hertz，THz)、MEMS(micro-electromechanical systems)陀螺仪(Gyroscope)等器件上或真空继电器、气体激光器、吸气真空泵、真空保温容器、x光管、磁控管等其他真空仪器上。实验结果表明，本实用新型提供的加工衬底加工得到的吸气剂薄膜具有多孔的柱状结构，单位面积的吸气性能提升20％～100％。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的吸气剂薄膜的加工衬底的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的吸气剂薄膜的加工衬底的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的吸气剂薄膜的加工衬底中衬底基板的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的吸气剂薄膜的加工衬底中吸气剂端子的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的吸气剂薄膜的加工衬底中硬掩膜版的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的吸气剂薄膜的加工衬底中衬底基板在加工过程中的真空吸收盘的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种吸气剂薄膜的加工衬底，包括：

衬底基板；所述衬底基板设有多组镂空槽，每组镂空槽围成的区域内设有多个吸气剂端子；

覆盖在所述衬底基板上的硬掩膜版；所述硬掩膜版设有多个开孔，使上述每组镂空槽围成的区域不被硬掩膜版覆盖。

请参阅图1和3～5，其中，图1为本实用新型实施例提供的吸气剂薄膜的加工衬底的结构示意图，图3为本实用新型实施例提供的吸气剂薄膜的加工衬底中衬底基板的结构示意图，图4为本实用新型实施例提供的吸气剂薄膜的加工衬底中吸气剂端子的结构示意图，图5为本实用新型实施例提供的吸气剂薄膜的加工衬底中硬掩膜版的结构示意图；图中，1为衬底基板，2为镂空槽，3为吸气剂端子，4为硬掩膜版，5为开孔。

在本实用新型中，所述衬底基板优选为不锈钢板、玻璃片或陶瓷片，更优选为不锈钢板。在本实用新型优选的实施例中，所述衬底基板为不锈钢板，具体采用301不锈钢、304不锈钢或316L不锈钢加工而成。本实用新型对所述衬底基板的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售不锈钢、玻璃片和陶瓷按照规格要求加工得到。

在本实用新型中，所述衬底基板的厚度优选为0.02mm～1mm，更优选为0.5mm～1mm。本实用新型对所述衬底基板的长度和宽度没有特殊限制，按照加工吸气剂薄膜规格进行设计并切割即可。在本实用新型中，所述切割的方式优选为激光切割。在本实用新型优选的实施例中，所述衬底基板的厚度为0.02mm～0.1mm；为确保上述超薄的衬底基板(如超薄的不锈钢薄膜片)在切割过程中，不因为切割原因导致整体变形而使其切割产出位移或激光聚焦不准，从而不能切割好待加工的图形，本实用新型优选采用真空吸收盘将所述不锈钢板固定在激光切割平台；请参阅图6，图6为本实用新型实施例提供的吸气剂薄膜的加工衬底中衬底基板在加工过程中的真空吸收盘的结构示意图，其中，8为真空吸收盘，9为真空吸附孔；所述真空吸附孔为多个并在所述真空吸收盘上均匀分布，同时在设置各真空吸附孔时保证每个真空吸附孔对准所述不锈钢板的非镂空区域，从而解决上述技术问题。

在本实用新型优选的实施例中，所述衬底基板的厚度为0.5mm～1mm；所述衬底基板的表面优选设有多个不穿透衬底基板的细孔，从而增加衬底基板单位面积下的表面积，进一步对加工得到的吸气剂薄膜单位面积的吸气能力进行提升。

在本实用新型中，所述衬底基板设有多组镂空槽，每组镂空槽围成的区域内设有多个吸气剂端子。在本实用新型中，每组所述镂空槽为不连续环状镂空结构，从而确保每组镂空槽围成的区域不会脱离衬底基板，并且优选设置一组相对的不连续部分，保证上述每组镂空槽围成的区域在衬底基板上牢固性。在本实用新型优选的实施例中，所述每组镂空槽围成的区域为长方形，并且每组镂空槽在上下相对的位置不连续，从而形成左半边镂空结构和右半边镂空结构；同时，相邻两组镂空槽中相邻的两个半边镂空结构可以合并成一个“工”字形镂空结构；参见图3所示。

在本实用新型中，所述吸气剂端子的尺寸优选为0.5mm～5mm；所述吸气剂端子的形状优选为圆形、矩形或环形；参见图4所示。在本实用新型优选的实施例中，所述吸气剂端子的形状为矩形，具体规格为1mm×1mm、1.5mm×1mm或2mm×1mm。本实用新型对所述吸气剂端子的数量没有特殊限制，保证在上述每组镂空槽围成的区域内均匀分布即可。

在本实用新型中，所述硬掩膜版覆盖在所述衬底基板上。在本实用新型中，所述硬掩膜版优选为不锈钢板；所述硬掩膜版的厚度优选为0.02mm～0.5mm，更优选为0.1mm～0.4mm。在本实用新型中，所述硬掩膜版的厚度根据吸收剂薄膜图形的大小、精度要求而定：精度越高，图形越小，使用的硬掩膜版就越薄；反之，越厚。

在本实用新型中，所述硬掩膜版优选设有多个开孔，使上述每组镂空槽围成的区域不被硬掩膜版覆盖。在本实用新型中，所述开孔的尺寸优选大于与之对应的一组镂空槽围成的区域，并小于该组镂空槽镂空结构的最大尺寸；从而使所述开孔的边缘位于与之对应的一组镂空槽的镂空结构内，参见图1所示。在本实用新型优选的实施例中，所述硬掩膜版较薄(如厚度为0.02mm～0.08mm)，所述衬底基板上的吸气剂端子会因应力产生翘曲，因此需要对所述硬掩膜版的开孔进行适当延伸，延伸到其开孔的边缘位于与之对应的一组镂空槽的镂空结构内，从而在沉积吸气剂薄膜的过程中，使所述吸气剂端子平整。

在本实用新型中，所述加衬底优选还包括：

放置所述衬底基板的托盘；

设置在所述硬掩膜版上的纽扣磁铁，用于固定依次叠放的托盘、衬底基板和硬掩膜版。

在本实用新型中，所述托盘用于放置所述衬底基板，从而便于所述加工衬底的传输。在本实用新型优选的实施例中，采用物理气相沉积(PVD：Physical vapor deposition)溅射机台，所述托盘为尺寸大于所述加工衬底的盒体；在本实用新型另一个优选的实施例中，采用蒸发台机台，所述托盘为蒸发台的行星托盘。

在本实用新型中，上述叠放在一起的托盘、衬底基板和硬掩膜版在传输过程中会发生相对位移，且所述衬底基板和硬掩膜版较薄，易产生翘曲；本实用新型优选在所述硬掩膜版上设置纽扣磁铁，从而使依次叠放的托盘、衬底基板和硬掩膜版紧贴在一起。在本实用新型中，所述纽扣磁铁的个数优选为2个～8个，更优选为4个；通过均匀放置在所述硬掩膜版上，实现较好的固定效果。

本实用新型还提供了一种吸气剂薄膜的加工工艺，包括以下步骤：

a)将吸气剂材料在加工衬底上进行沉积，切割后得到吸气剂薄膜；

所述加工衬底为上述技术方案所述的加工衬底。

本实用新型首先将吸气剂材料在加工衬底上进行沉积。在本实用新型中，所述吸气剂材料优选包括以下组分：

锆60wt％～85wt％；

掺杂金属15wt％～40wt％；

更优选为：

锆70wt％～80wt％；

掺杂金属20wt％～30wt％。在本实用新型中，所述掺杂金属优选选自钒、钴、镧、铈、铁和铝中的一种或多种。在本实用新型优选的实施例中，所述掺杂金属为质量比为1：3：1的钒、钴和钛；在本实用新型另一个优选的实施例中，所述掺杂金属为质量比为1：1：3的钒、铁和钴。本实用新型对所述吸气剂材料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述组分的吸气剂材料的市售商品即可。

在本实用新型中，所述加工衬底为上述技术方案所述的加工衬底，在此不再赘述。在本实用新型中，所述将吸气剂材料在加工衬底上进行沉积前，优选还包括：

将所述加工衬底进行预处理。在本实用新型中，所述预处理的方式优选为清洁处理和/或烘烤处理。在本实用新型中，所述清洁处理的过程优选具体为：

将所述加工衬底用草酸或其他弱酸清洗，然后用异丙醇(IPA)脱水加以超声或兆声处理，最后使用反应溅射或离子束刻蚀，得到清洁处理后的加工衬底。

在本实用新型中，所述烘烤处理的温度优选为150℃～350℃，更优选为200℃；所述烘烤的时间优选为1min～10min，更优选为5min。

本实用新型采用上述预处理能够使后续沉积过程中得到的吸气剂薄膜粘附性能更好，还能去除加工衬底表面吸附的气体。

完成所述加工衬底的预处理后，本实用新型优选还包括：

在所述加工衬底上设置粘附层。本实用新型设置所述粘附层的目的是增加后续沉积过程中得到的吸气剂薄膜的粘附性，并且致密的的吸附层能有效降低加工衬底残气导致的毒化效应的作用，同时也有利于提高吸气剂薄膜的比表面积，从而获得更好的吸气性能。在本实用新型中，所述粘附层优选包括钛、钴和镍中的一种或多种；在本实用新型优选的实施例中，所述粘附层为钛；在本实用新型另一个优选的实施例中，所述粘附层为钛和钴；在本实用新型另一个优选的实施例中，所述粘附层为钛、钴和镍。

在本实用新型中，所述粘附层的厚度优选为更优选为

在本实用新型中，所述沉积的方式优选为溅射沉积或蒸发沉积；分别采用本领域技术人员熟知的PVD溅射机台和蒸发台台机进行。在本实用新型中，所述沉积的温度优选为20℃～300℃。在本实用新型中，所述沉积的压力优选为10mTorr～50mTorr，更优选为15mTorr～35mTorr；该压力比正常溅射沉积或蒸发沉积的压力大，有利于吸气剂薄膜形成多孔的柱状结构，增加吸气剂薄膜单位面积的吸气能力。

在本实用新型中，所述沉积的厚度优选为0.5μm～2.5μm，更优选为1μm～2μm。

在本实用新型中，所述将吸气剂材料在加工衬底上进行沉积后，优选还包括：

在沉积得到的吸气剂薄膜表面设置保护层。本实用新型设置保护层的目的是有效降低吸气剂薄膜的表面氧化程度，改善薄膜的吸气性能，并利于增加吸气剂的有效存储时间。在本实用新型中，所述保护层优选为薄层钛保护层或薄层镍保护层。在本实用新型中，所述保护层的厚度优选为

在本实用新型中，所述沉积的过程优选包括将吸气剂材料在加工衬底上进行两面沉积：将吸气剂材料在加工衬底上进行一面沉积后，传输或取出加工衬底，将吸气剂材料在加工衬底上进行另一面沉积，完成整个沉积过程。

完成所述沉积过程后，本实用新型将所述加工衬底取下，切割后得到吸气剂薄膜，可进行使用。在本实用新型中，所述切割的方式优选为剪刀切割、切刀切割或激光切割。本实用新型采用上述特定的加工衬底，得到的吸气剂薄膜为易切割形状，不再需要复杂的划片设备及工艺进行切割。

另外，所述加工衬底经过清洗后可反复使用。

本实用新型提供的加工工艺采用特定的加工衬底，避开了光刻和蚀刻工艺以及剥离工艺、划片工艺，减少设备投入，利于环保，加工周期短，从而能够实现吸气剂薄膜加工的简单高效化及低成本量产，并提升吸气剂薄膜的吸气性能；加工得到的吸气剂薄膜可用在非制冷红外焦平面探测器(Uncooled infrared focal plane array detector)、太赫兹(Tera Hertz，THz)、MEMS(micro-electromechanical systems)陀螺仪(Gyroscope)等器件上或真空继电器、气体激光器、吸气真空泵、真空保温容器、x光管、磁控管等其他真空仪器上。

本实用新型提供了一种吸气剂薄膜的加工衬底，包括：衬底基板；所述衬底基板设有多组镂空槽，每组镂空槽围成的区域内设有多个吸气剂端子；覆盖在所述衬底基板上的硬掩膜版；所述硬掩膜版设有多个开孔，使上述每组镂空槽围成的区域不被硬掩膜版覆盖。与现有技术相比，本实用新型提供的加工衬底具有特定结构及连接关系，能够用于薄膜衬底的加工工艺，实现避开了光刻和蚀刻工艺以及剥离工艺、划片工艺，减少设备投入，利于环保，加工周期短，从而进一步实现吸气剂薄膜加工的简单高效化及低成本量产，并提升吸气剂薄膜的吸气性能；加工得到的吸气剂薄膜可用在非制冷红外焦平面探测器(Uncooled infrared focal plane array detector)、太赫兹(Tera Hertz，THz)、MEMS(micro-electromechanical systems)陀螺仪(Gyroscope)等器件上或真空继电器、气体激光器、吸气真空泵、真空保温容器、x光管、磁控管等其他真空仪器上。实验结果表明，本实用新型提供的加工衬底加工得到的吸气剂薄膜具有多孔的柱状结构，单位面积的吸气性能提升和多孔柱状结构及表面凸凹有关，一般能提升20％～100％的性能。

此外，本实用新型提供的吸气剂薄膜的加工工艺设备投资小、不污染环境，适合大规模量产。

为了进一步说明本实用新型，下面通过以下实施例进行详细说明。本实用新型以下实施例所用的吸气剂材料由75wt％的锆、25wt％的掺杂金属(钒5wt％，钴15wt％，钛5wt％)组成。

实施例1

请参阅图2～3和5，其中，图2为本实用新型实施例1提供的吸气剂薄膜的加工衬底的结构示意图，图3为本实用新型实施例1提供的吸气剂薄膜的加工衬底中衬底基板的结构示意图，图5为本实用新型实施例1提供的吸气剂薄膜的加工衬底中硬掩膜版的结构示意图；图中，1为衬底基板，2为镂空槽，3为吸气剂端子，4为硬掩膜版，5为开孔，6为托盘，7为纽扣磁铁。

其中，所述衬底基板为304不锈钢板，厚度为0.8mm，表面布满不穿透衬底基板的细孔；该衬底基板上设有5组镂空槽，围成5个长方形区域，每个长方形区域内布满尺寸为1.5mm×1mm的吸气剂端子；硬掩膜版为厚度为0.2mm的不锈钢板，该硬掩膜版上设有5个与上述5组镂空槽分别对应开孔，开孔尺寸稍大于所述长方形区域，且开孔边缘位于与之对应的镂空槽的镂空结构内。

采用上述加工衬底进行吸气剂薄膜的加工，沉积设备为PVD溅射机台，具体步骤为：

(1)将所述加工衬底用草酸清洗，然后用异丙醇(IPA)脱水加以超声处理，最后使用反应溅射刻蚀，得到清洁处理后的加工衬底；然后将所述清洁处理后的加工衬底传输到PVD溅射机台的工艺腔体，在200℃下烘烤5min，得到预处理后的加工衬底。

(2)通入Ar，流量为150sccm，PVD溅射机台的功率为800W；在步骤(1)得到的预处理后的加工衬底上溅射粘附层然后将吸气剂材料在加工衬底上进行沉积，所述沉积的温度为160℃，压力为25mTorr，沉积1.5μm；最后再沉积一层厚度为的薄层钛保护层，完成加工衬底一面沉积；再取出加工衬底，重复上述过程，将吸气剂材料在加工衬底上进行另一面沉积，完成整个沉积过程。

(3)将所述加工衬底取下，切割后得到高质量的吸气剂薄膜。

经检测，本实用新型实施例1得到的吸气剂薄膜形成多孔的柱状结构，单位面积的吸气性能提升50％。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。