静电键合设备的制作方法

本实用新型涉及一种静电键合技术，特别涉及一种具有无氧、无水汽、洁净环境的静电键合设备。

背景技术：

静电键合也称为Anodic Bonding、Field-Ass isted Bonding或Mal lory，由Wal l is&Pòmerantz于1969年发现，主要用于硅和玻璃的键合。

静电键合有许多优点：(1)静电键合温度低，(2)静电键合气密性好，(3)静电键合机械强度高，等等。

但是，在制备MEMS碱金属原子泡时，需要先将碱金属在与氧气、水汽隔绝的洁净环境中滴入带有硅孔和玻璃片的硅片中，再盖上玻璃片进行静电键合，现有的设备无法完成此操作。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有制备MEMS碱金属原子泡时存在的上述缺陷，提供一种静电键合设备及静电键合产生的方法，以实现在与氧气、水汽隔离的洁净环境中对操作对象的操作和转移，并最终完成静电键合。

为实现上述目的，一方面，本实用新型提供了一种静电键合设备，该静电键合设备包括手套箱设备和静电键合发生设备；静电键合发生设备内部设置有静电键合室，手套箱设备内部设置有手套箱；静电键合室与手套箱之间设立连接通道，连接通道用于实现操作对象的内部转移。

优选的，连接通道设置有机械锁和机械门；当操作对象转移之前，开启 机械锁和机械门；当操作对象转移之后，关闭机械门和机械锁。

优选的，静电键合设备还包括手套箱设备电脑控制终端和静电键合发生设备电脑控制终端。

优选的，静电键合室包括第一电极、第一电极操作杆和加热装置；静电键合发生设备电脑控制终端控制第一电极操作杆对操作对象施加作用力，使第一电极操作杆与操作对象接触；静电键合发生设备电脑控制终端控制加热装置对操作对象进行加热；静电键合发生设备电脑控制终端控制第一电极给操作对象提供电压。

优选的，手套箱包括：探头、气体输入孔和气体输出孔；手套箱设备电脑控制终端控制探头对手套箱内的氧气和水汽含量进行测量；通过手套箱设备电脑控制终端控制开启手套箱的置换功能，直到手套箱设备电脑控制终端显示氧气含量低于0.3ppm、水汽含量低于1.0ppm时，停止置换功能。

优选的，静电键合设备还包括位于静电键合发生设备内部的高真空显示器和低真空显示器；高真空显示器用于在静电键合发生设备电脑控制终端对静电键合室进行真空处理时，显示静电键合室内高真空数值；低真空显示器用于在停止真空处理后对静电键合室充入氩气时，显示静电键合室内低真空数值。

优选的，静电键合设备还包括：大操作对象传送通道；大操作对象传送通道用于在手套箱设备电脑控制终端控制大操作对象传送通道内气压和手套箱设备内气压平衡后，将操作对象从大操作对象传送通道转移到手套箱设备内。

优选的，静电键合设备还包括支撑架；支撑架用于支撑手套箱设备和静电键合发生设备。

第二方面，本实用新型提供了一种静电键合产生方法，该方法包括：

将操作对象放置到内气压平衡的手套箱内；通过电脑控制终端开启手套箱置换功能，直到氧气含量低于0.3ppm和水汽含量低于1.0ppm时，停止置 换功能；将操作对象通过连接通道转移到静电键合室；将操作对象进行处理，产生静电键合反应。

优选的，将操作对象通过连接通道转移到静电键合室之前还包括：

通过静电键合发生设备电脑控制终端对静电键合室进行抽真空处理，显示静电键合室内高真空数值；当高真空数值小于1E-4Pa停止真空操作；充入氩气入静电键合室，直到静电键合室低真空数值为1.0E5Pa时，开启机械锁和机械门，将操作对象通过连接通道转移到静电键合室，以及在操作对象转移到静电键合室后，关闭机械门和机械锁。

优选的，将操作对象进行处理，产生静电键合反应之后还包括：

通过静电键合发生设备电脑控制终端对静电键合室进行抽真空处理，显示静电键合室内高真空数值；当高真空数值小于1E-4Pa停止真空操作；充入氩气入静电键合室，直到静电键合室低真空数值为2.4E5Pa时，对操作对象进行处理，产生静电键合。

优选的，将操作对象进行处理，产生静电键合反应的步骤具体包括：

通过静电键合发生设备电脑控制终端控制第一电极操作杆对操作对象施加作用力，使第一电极操作杆与操作物接触；通过静电键合发生设备电脑控制终端控制加热装置对操作对象进行加热，加热的具体条件为温度350℃,时间为3小时；通过静电键合发生设备电脑控制终端控制第一电极给操作对象提供电压，电压的具体条件为负压1000V，时间为15分钟。

本实用新型的目的是保证了整个操作环境的洁净度，保证了操作环境与氧气、水汽隔绝，避免了厌氧、怕水汽的对象在操运过程中接触氧气和水汽的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种静电键合设备的立体图；

图2(a)和图2(b)为本实用新型实施例提供的一种静电键合设备的主视图；

图3为本实用新型实施例提供的一种静电键合设备的后视图；

图4为图3中静电键合发生设备的内部结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种静电键合产生的方法的流程图。

其中：

0000-手套箱设备；0001-手套箱外壳；0002-连接通道；0003-支撑杆；0004-手套；0005-手套；0006-手套；0007-手套；0008-手套箱外壳；0009-设备支撑架；0010-手套箱设备电源箱；0011-小操作对象传送通道；0012-电源箱开关；0013-机械锁；0014-支撑杆；0015-封闭门；0016-大操作对象传送通道；0017-手套箱设备电脑控制终端；0018-置物台；0019-置物台；0020-机械锁；0021-封闭门；0022-封闭门；0023-机械锁；0024-支撑杆；0025-气体输入孔；0026-气体输入孔；0027-气体输出孔；0028-氧探头；0029-水汽探头；1000-静电键合发生设备；1001-显示器；1002-电脑控制终端机箱；1003-高真空显示器；1004-低真空显示器；1005-显示器；1006-支撑杆；1007静电键合发生设备电脑控制终端；1008-静电键合室外壳；1009-静电键合室门；1010-静电键合室门把手；1011-机械锁；1012-静电键合室观察窗；1013-电源箱；1014-操控杆；1015-第一电极；1016-第二电极；1017-加热装置。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

本实用新型的静电键合设备不仅可以完成对操作对象的静电键合操作， 还可以为操作对象提供与氧气、水汽隔离的洁净操作环境。

图1为本实用新型实施例提供的一种静电键合设备的立体图。如图1所示，静电键合设备主要包括静电键合发生设备1000、手套箱设备0000、手套箱与静电键合室的连接通道0002、设备支撑架0009。

静电键合发生设备1000用于完成操作对象的静电键合。手套箱设备0000用于为操作对象提供氧气、水汽可控的洁净环境。手套箱与静电键合室的连接通道0002的一侧连接静电键合设备的静电键合室，另一侧连接手套箱的手套箱壳，用于将两套设备连接在一起并实现操作对象的内部转移。设备支撑架0009用于支撑静电键合设备的静电键合室和手套箱的手套箱。

图2为本实用新型实施例提供的一种静电设备的主视图。如图2(a)所示，静电键合设备上部包括：

设置在手套箱设备0000内部的手套，分别为手套0004、0005、0006和0007，手套的数量具体根据应用场景而定；设置在手套箱设备0000内部的手套箱电源箱0010，在手套箱电源箱0010上设置有手套箱电源开关0012；设置在手套箱设备0000内壁上的置物台0018和0019；以及设置在手套箱设备0000的有氧探头0028和水汽探头0029，用于给碱金属提供无氧无水的环境，在内部环境的氧气和水汽的含量达到要求时，再开始对碱金属的操作。

在手套上部的壳体为不透明的手套箱外壳0001，和手套下部的壳体为透明的手套箱外壳0008。

设置在手套箱设备0000外部的小操作对象传送通道0011和大操作对象传送通道0016；在大操作对象传送通道设置有封闭门0015，以及在封闭门0015设置有机械锁0013和起支撑作用的支撑杆0014。

大操作对象传送通道0016用于在手套箱设备电脑控制终端0017控制大操作对象传送通道0016内气压和手套箱设备0000内气压平衡后，将操作对象从大操作对象传送通道0016转移到手套箱设备0000内。

设置在手套箱设备0000外部的静电键合设备的电脑控制终端支撑杆 1006、静电键合设备的电脑控制终端1007和手套箱设备电脑控制终端0017。

连接通道0002，连接在静电键合发生设备1000和手套箱设备0000之间，连接通道0002设置有机械锁0020和封闭门0021，便于在开始操作时，将静电键合室和手套箱之间隔离。当操作对象转移之前，开启机械锁0020和机械门0021；当操作对象转移之后，关闭机械门0021和机械锁0020。使得操作过程中，手套箱和静电键合室其中一个在反应时，另一个不受到影响。静电键合设备下部包括：

显示静电键合电流和静电键合电压的显示器1001、显示高真空的显示器1003、显示低真空的显示器1004、显示高分子泵转速的显示器1005、手套箱电源箱0010、手套箱电源开关0012和设备支撑架0009。

如图2(b)所示，静电键合设备上部还包括：

设置在手套箱设备0000内部的大操作对象传送通道封闭门0022，以及在封闭门0022上设置有机械锁0023；支撑杆0024用于支撑封闭门0022。

图3为本实用新型实施例提供的一种静电键合设备的后视图。如图3所示，静电键合设备上部分包括：

设置在手套箱设备的外壳上的气体的传输孔，传输孔包括：手套箱惰性气体输入孔0025、手套箱惰性气体输入孔0026和手套箱气体输出孔0027。

设置在静电键合发生设备的外部的外壳1008、室门1009，以及设置在室门1009上的把手1010、机械锁1011和用于观察静电键合发生设备内部的观察窗1012。

静电键合设备下部分包括：

给静电键合发生设备提供电源的电源箱1013。

图4为图3中静电键合发生设备的内部结构示意图。如图4所示，静电键合发生设备1000内部设置有：

第一电极1015，及设置在第一电极1015上部的操作杆1014,以及第二电极1016。

在产生静电键合的过程中，第一电极操作杆1014是由静电键合发生设备电脑控制终端1007控制，使得第一电极1015与第二玻璃片紧密接触。

在产生静电键合的过程中，对第一电极1015和第二电极1016进行加热处理的加热装置1017，该加热装置1017是由静电键合发生设备电脑控制终端1007控制。

在产生静电键合的过程中，第一电极1015是由静电键合发生设备电脑控制终端1007控制，给第一电极1015提供电压。

设置在静电键合发生设备1000的内壁，且与操作杆1014、第一电极1015、第二电极1016和加热装置1017对立设置的连接通道0002。

图5为本实用新型实施例提供的一种静电键合产生的方法的流程图。如图5所示，静电键合产生的方法包括：

S01)，打开手套箱设备电源箱0010的电源箱开关0012，手套箱设备电脑控制终端0017会显示手套箱设备1000内氧气含量和水汽含量，氧气含量通过氧气探头0028测量，水汽含量通过水汽探头0029测量。

S02)，打开在手套箱设备外的大操作对象传送通道封闭门的机械锁0013，和封闭门0015，将玻璃封装的碱金属、带有硅孔和玻璃片的硅片、玻璃片、移液器放入大操作对象传送通道0016中，关闭封闭门0015，拧紧在手机械锁0013。

S03)，利用手套箱设备电脑控制终端0017控制手套箱设备0000内气压与大操作对象传送通道0016内气压平衡。

S04)，打开在手套箱设备内大操作对象传送通道封闭门的机械锁0023，和封闭门0022，将大操作对象传送通道0016内的玻璃封装的碱金属、带有硅孔和玻璃片的硅片、玻璃片、移液器转移到手套箱设备0000内，关闭封闭门0022，拧紧机械锁0023。

S05)，通过手套箱设备电脑控制终端0017开启手套箱置换功能，手套箱内的气体通过手套箱内气体输出孔0027排出手套箱外，氩气通过手套箱惰 性气体输入孔0025或0026进入手套箱设备0000，直至手套箱设备电脑控制终端0017显示氧气含量低于0.3ppm、水汽含量低于1.0ppm停止手套箱置换功能。

S06)，打开玻璃封装的碱金属，将移液器的移液量调整为0.01uL，使用移液器将碱金属滴入带有硅孔和玻璃片的硅片中，盖上另一片玻璃片。

S07)，开启静电键合设备的电脑控制终端机箱1002开关，通过静电键合电脑控制终端1007对静电键合室抽真空，静电键合室内的真空度通过低真空显示器1004和高真空显示器1003显示，直至高真空显示器数值小于1E-4Pa停止抽真空操作，再充入静电键合室氩气到低真空显示1.0E5Pa。

S08)，打开连接通道0002的封闭门0021上的机械锁0020，打开封闭门0021，将手套箱设备0000内的操作结果转移到静电键合室内，放在第二电极1016上，硅片在下，第二片玻璃片在上，关闭连接通道封闭门0021，拧紧机械锁0020。

S09)，通过静电键合发生设备电脑控制终端1007对静电键合室抽真空，直至高真空显示器数值小于1E-4Pa停止抽真空操作，再充入静电键合室氩气到低真空显示2.4E4Pa。

S10)，利用静电键合发生设备电脑控制终端1007控制上电极操控杆1014，并施加60N的压力，使第一电极1015紧密接触第二片玻璃片。

S11)，利用静电键合发生设备电脑控制终端1007控制加热装置1017，设定加热温度为350℃，保持加热时间为3小时。

S12)，利用静电键合发生设备电脑控制终端1007向第一电极1015施加负压1000V，保持时间15分钟。

S13)，利用静电键合发生设备的电脑控制终端1007停止加热、撤销第一电极1015上的电压和压力，使第一电极1015离开玻璃片。

S14)，打开静电键合室门的机械锁1011，使用静电键合室门把手1010打开静电键合室门1009，取出完成静电键合的对象。

S15)，使用静电键合室门把手1010关闭静电键合室门1009，拧紧静电键合室门1009。完成整个工艺流程。

本实用新型的目的是保证了整个操作环境的洁净度，保证了操作环境与氧气、水汽隔绝，避免了厌氧、怕水汽的对象在操运过程中接触氧气和水汽的问题。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。