靜電鍵合設備的制作方法

本實用新型涉及一種靜電鍵合技術，特別涉及一種具有無氧、無水汽、潔凈環境的靜電鍵合設備。

背景技術：

靜電鍵合也稱為Anodic Bonding、Field-Ass isted Bonding或Mal lory，由Wal l is&Pòmerantz于1969年發現，主要用于硅和玻璃的鍵合。

靜電鍵合有許多優點：(1)靜電鍵合溫度低，(2)靜電鍵合氣密性好，(3)靜電鍵合機械強度高，等等。

但是，在制備MEMS堿金屬原子泡時，需要先將堿金屬在與氧氣、水汽隔絕的潔凈環境中滴入帶有硅孔和玻璃片的硅片中，再蓋上玻璃片進行靜電鍵合，現有的設備無法完成此操作。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對現有制備MEMS堿金屬原子泡時存在的上述缺陷，提供一種靜電鍵合設備及靜電鍵合產生的方法，以實現在與氧氣、水汽隔離的潔凈環境中對操作對象的操作和轉移，并最終完成靜電鍵合。

為實現上述目的，一方面，本實用新型提供了一種靜電鍵合設備，該靜電鍵合設備包括手套箱設備和靜電鍵合發生設備；靜電鍵合發生設備內部設置有靜電鍵合室，手套箱設備內部設置有手套箱；靜電鍵合室與手套箱之間設立連接通道，連接通道用于實現操作對象的內部轉移。

優選的，連接通道設置有機械鎖和機械門；當操作對象轉移之前，開啟 機械鎖和機械門；當操作對象轉移之后，關閉機械門和機械鎖。

優選的，靜電鍵合設備還包括手套箱設備電腦控制終端和靜電鍵合發生設備電腦控制終端。

優選的，靜電鍵合室包括第一電極、第一電極操作桿和加熱裝置；靜電鍵合發生設備電腦控制終端控制第一電極操作桿對操作對象施加作用力，使第一電極操作桿與操作對象接觸；靜電鍵合發生設備電腦控制終端控制加熱裝置對操作對象進行加熱；靜電鍵合發生設備電腦控制終端控制第一電極給操作對象提供電壓。

優選的，手套箱包括：探頭、氣體輸入孔和氣體輸出孔；手套箱設備電腦控制終端控制探頭對手套箱內的氧氣和水汽含量進行測量；通過手套箱設備電腦控制終端控制開啟手套箱的置換功能，直到手套箱設備電腦控制終端顯示氧氣含量低于0.3ppm、水汽含量低于1.0ppm時，停止置換功能。

優選的，靜電鍵合設備還包括位于靜電鍵合發生設備內部的高真空顯示器和低真空顯示器；高真空顯示器用于在靜電鍵合發生設備電腦控制終端對靜電鍵合室進行真空處理時，顯示靜電鍵合室內高真空數值；低真空顯示器用于在停止真空處理后對靜電鍵合室充入氬氣時，顯示靜電鍵合室內低真空數值。

優選的，靜電鍵合設備還包括：大操作對象傳送通道；大操作對象傳送通道用于在手套箱設備電腦控制終端控制大操作對象傳送通道內氣壓和手套箱設備內氣壓平衡后，將操作對象從大操作對象傳送通道轉移到手套箱設備內。

優選的，靜電鍵合設備還包括支撐架；支撐架用于支撐手套箱設備和靜電鍵合發生設備。

第二方面，本實用新型提供了一種靜電鍵合產生方法，該方法包括：

將操作對象放置到內氣壓平衡的手套箱內；通過電腦控制終端開啟手套箱置換功能，直到氧氣含量低于0.3ppm和水汽含量低于1.0ppm時，停止置 換功能；將操作對象通過連接通道轉移到靜電鍵合室；將操作對象進行處理，產生靜電鍵合反應。

優選的，將操作對象通過連接通道轉移到靜電鍵合室之前還包括：

通過靜電鍵合發生設備電腦控制終端對靜電鍵合室進行抽真空處理，顯示靜電鍵合室內高真空數值；當高真空數值小于1E-4Pa停止真空操作；充入氬氣入靜電鍵合室，直到靜電鍵合室低真空數值為1.0E5Pa時，開啟機械鎖和機械門，將操作對象通過連接通道轉移到靜電鍵合室，以及在操作對象轉移到靜電鍵合室后，關閉機械門和機械鎖。

優選的，將操作對象進行處理，產生靜電鍵合反應之后還包括：

通過靜電鍵合發生設備電腦控制終端對靜電鍵合室進行抽真空處理，顯示靜電鍵合室內高真空數值；當高真空數值小于1E-4Pa停止真空操作；充入氬氣入靜電鍵合室，直到靜電鍵合室低真空數值為2.4E5Pa時，對操作對象進行處理，產生靜電鍵合。

優選的，將操作對象進行處理，產生靜電鍵合反應的步驟具體包括：

通過靜電鍵合發生設備電腦控制終端控制第一電極操作桿對操作對象施加作用力，使第一電極操作桿與操作物接觸；通過靜電鍵合發生設備電腦控制終端控制加熱裝置對操作對象進行加熱，加熱的具體條件為溫度350℃,時間為3小時；通過靜電鍵合發生設備電腦控制終端控制第一電極給操作對象提供電壓，電壓的具體條件為負壓1000V，時間為15分鐘。

本實用新型的目的是保證了整個操作環境的潔凈度，保證了操作環境與氧氣、水汽隔絕，避免了厭氧、怕水汽的對象在操運過程中接觸氧氣和水汽的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的一種靜電鍵合設備的立體圖；

圖2(a)和圖2(b)為本實用新型實施例提供的一種靜電鍵合設備的主視圖；

圖3為本實用新型實施例提供的一種靜電鍵合設備的后視圖；

圖4為圖3中靜電鍵合發生設備的內部結構示意圖；

圖5為本實用新型實施例提供的一種靜電鍵合產生的方法的流程圖。

其中：

0000-手套箱設備；0001-手套箱外殼；0002-連接通道；0003-支撐桿；0004-手套；0005-手套；0006-手套；0007-手套；0008-手套箱外殼；0009-設備支撐架；0010-手套箱設備電源箱；0011-小操作對象傳送通道；0012-電源箱開關；0013-機械鎖；0014-支撐桿；0015-封閉門；0016-大操作對象傳送通道；0017-手套箱設備電腦控制終端；0018-置物臺；0019-置物臺；0020-機械鎖；0021-封閉門；0022-封閉門；0023-機械鎖；0024-支撐桿；0025-氣體輸入孔；0026-氣體輸入孔；0027-氣體輸出孔；0028-氧探頭；0029-水汽探頭；1000-靜電鍵合發生設備；1001-顯示器；1002-電腦控制終端機箱；1003-高真空顯示器；1004-低真空顯示器；1005-顯示器；1006-支撐桿；1007靜電鍵合發生設備電腦控制終端；1008-靜電鍵合室外殼；1009-靜電鍵合室門；1010-靜電鍵合室門把手；1011-機械鎖；1012-靜電鍵合室觀察窗；1013-電源箱；1014-操控桿；1015-第一電極；1016-第二電極；1017-加熱裝置。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

本實用新型的靜電鍵合設備不僅可以完成對操作對象的靜電鍵合操作， 還可以為操作對象提供與氧氣、水汽隔離的潔凈操作環境。

圖1為本實用新型實施例提供的一種靜電鍵合設備的立體圖。如圖1所示，靜電鍵合設備主要包括靜電鍵合發生設備1000、手套箱設備0000、手套箱與靜電鍵合室的連接通道0002、設備支撐架0009。

靜電鍵合發生設備1000用于完成操作對象的靜電鍵合。手套箱設備0000用于為操作對象提供氧氣、水汽可控的潔凈環境。手套箱與靜電鍵合室的連接通道0002的一側連接靜電鍵合設備的靜電鍵合室，另一側連接手套箱的手套箱殼，用于將兩套設備連接在一起并實現操作對象的內部轉移。設備支撐架0009用于支撐靜電鍵合設備的靜電鍵合室和手套箱的手套箱。

圖2為本實用新型實施例提供的一種靜電設備的主視圖。如圖2(a)所示，靜電鍵合設備上部包括：

設置在手套箱設備0000內部的手套，分別為手套0004、0005、0006和0007，手套的數量具體根據應用場景而定；設置在手套箱設備0000內部的手套箱電源箱0010，在手套箱電源箱0010上設置有手套箱電源開關0012；設置在手套箱設備0000內壁上的置物臺0018和0019；以及設置在手套箱設備0000的有氧探頭0028和水汽探頭0029，用于給堿金屬提供無氧無水的環境，在內部環境的氧氣和水汽的含量達到要求時，再開始對堿金屬的操作。

在手套上部的殼體為不透明的手套箱外殼0001，和手套下部的殼體為透明的手套箱外殼0008。

設置在手套箱設備0000外部的小操作對象傳送通道0011和大操作對象傳送通道0016；在大操作對象傳送通道設置有封閉門0015，以及在封閉門0015設置有機械鎖0013和起支撐作用的支撐桿0014。

大操作對象傳送通道0016用于在手套箱設備電腦控制終端0017控制大操作對象傳送通道0016內氣壓和手套箱設備0000內氣壓平衡后，將操作對象從大操作對象傳送通道0016轉移到手套箱設備0000內。

設置在手套箱設備0000外部的靜電鍵合設備的電腦控制終端支撐桿 1006、靜電鍵合設備的電腦控制終端1007和手套箱設備電腦控制終端0017。

連接通道0002，連接在靜電鍵合發生設備1000和手套箱設備0000之間，連接通道0002設置有機械鎖0020和封閉門0021，便于在開始操作時，將靜電鍵合室和手套箱之間隔離。當操作對象轉移之前，開啟機械鎖0020和機械門0021；當操作對象轉移之后，關閉機械門0021和機械鎖0020。使得操作過程中，手套箱和靜電鍵合室其中一個在反應時，另一個不受到影響。靜電鍵合設備下部包括：

顯示靜電鍵合電流和靜電鍵合電壓的顯示器1001、顯示高真空的顯示器1003、顯示低真空的顯示器1004、顯示高分子泵轉速的顯示器1005、手套箱電源箱0010、手套箱電源開關0012和設備支撐架0009。

如圖2(b)所示，靜電鍵合設備上部還包括：

設置在手套箱設備0000內部的大操作對象傳送通道封閉門0022，以及在封閉門0022上設置有機械鎖0023；支撐桿0024用于支撐封閉門0022。

圖3為本實用新型實施例提供的一種靜電鍵合設備的后視圖。如圖3所示，靜電鍵合設備上部分包括：

設置在手套箱設備的外殼上的氣體的傳輸孔，傳輸孔包括：手套箱惰性氣體輸入孔0025、手套箱惰性氣體輸入孔0026和手套箱氣體輸出孔0027。

設置在靜電鍵合發生設備的外部的外殼1008、室門1009，以及設置在室門1009上的把手1010、機械鎖1011和用于觀察靜電鍵合發生設備內部的觀察窗1012。

靜電鍵合設備下部分包括：

給靜電鍵合發生設備提供電源的電源箱1013。

圖4為圖3中靜電鍵合發生設備的內部結構示意圖。如圖4所示，靜電鍵合發生設備1000內部設置有：

第一電極1015，及設置在第一電極1015上部的操作桿1014,以及第二電極1016。

在產生靜電鍵合的過程中，第一電極操作桿1014是由靜電鍵合發生設備電腦控制終端1007控制，使得第一電極1015與第二玻璃片緊密接觸。

在產生靜電鍵合的過程中，對第一電極1015和第二電極1016進行加熱處理的加熱裝置1017，該加熱裝置1017是由靜電鍵合發生設備電腦控制終端1007控制。

在產生靜電鍵合的過程中，第一電極1015是由靜電鍵合發生設備電腦控制終端1007控制，給第一電極1015提供電壓。

設置在靜電鍵合發生設備1000的內壁，且與操作桿1014、第一電極1015、第二電極1016和加熱裝置1017對立設置的連接通道0002。

圖5為本實用新型實施例提供的一種靜電鍵合產生的方法的流程圖。如圖5所示，靜電鍵合產生的方法包括：

S01)，打開手套箱設備電源箱0010的電源箱開關0012，手套箱設備電腦控制終端0017會顯示手套箱設備1000內氧氣含量和水汽含量，氧氣含量通過氧氣探頭0028測量，水汽含量通過水汽探頭0029測量。

S02)，打開在手套箱設備外的大操作對象傳送通道封閉門的機械鎖0013，和封閉門0015，將玻璃封裝的堿金屬、帶有硅孔和玻璃片的硅片、玻璃片、移液器放入大操作對象傳送通道0016中，關閉封閉門0015，擰緊在手機械鎖0013。

S03)，利用手套箱設備電腦控制終端0017控制手套箱設備0000內氣壓與大操作對象傳送通道0016內氣壓平衡。

S04)，打開在手套箱設備內大操作對象傳送通道封閉門的機械鎖0023，和封閉門0022，將大操作對象傳送通道0016內的玻璃封裝的堿金屬、帶有硅孔和玻璃片的硅片、玻璃片、移液器轉移到手套箱設備0000內，關閉封閉門0022，擰緊機械鎖0023。

S05)，通過手套箱設備電腦控制終端0017開啟手套箱置換功能，手套箱內的氣體通過手套箱內氣體輸出孔0027排出手套箱外，氬氣通過手套箱惰 性氣體輸入孔0025或0026進入手套箱設備0000，直至手套箱設備電腦控制終端0017顯示氧氣含量低于0.3ppm、水汽含量低于1.0ppm停止手套箱置換功能。

S06)，打開玻璃封裝的堿金屬，將移液器的移液量調整為0.01uL，使用移液器將堿金屬滴入帶有硅孔和玻璃片的硅片中，蓋上另一片玻璃片。

S07)，開啟靜電鍵合設備的電腦控制終端機箱1002開關，通過靜電鍵合電腦控制終端1007對靜電鍵合室抽真空，靜電鍵合室內的真空度通過低真空顯示器1004和高真空顯示器1003顯示，直至高真空顯示器數值小于1E-4Pa停止抽真空操作，再充入靜電鍵合室氬氣到低真空顯示1.0E5Pa。

S08)，打開連接通道0002的封閉門0021上的機械鎖0020，打開封閉門0021，將手套箱設備0000內的操作結果轉移到靜電鍵合室內，放在第二電極1016上，硅片在下，第二片玻璃片在上，關閉連接通道封閉門0021，擰緊機械鎖0020。

S09)，通過靜電鍵合發生設備電腦控制終端1007對靜電鍵合室抽真空，直至高真空顯示器數值小于1E-4Pa停止抽真空操作，再充入靜電鍵合室氬氣到低真空顯示2.4E4Pa。

S10)，利用靜電鍵合發生設備電腦控制終端1007控制上電極操控桿1014，并施加60N的壓力，使第一電極1015緊密接觸第二片玻璃片。

S11)，利用靜電鍵合發生設備電腦控制終端1007控制加熱裝置1017，設定加熱溫度為350℃，保持加熱時間為3小時。

S12)，利用靜電鍵合發生設備電腦控制終端1007向第一電極1015施加負壓1000V，保持時間15分鐘。

S13)，利用靜電鍵合發生設備的電腦控制終端1007停止加熱、撤銷第一電極1015上的電壓和壓力，使第一電極1015離開玻璃片。

S14)，打開靜電鍵合室門的機械鎖1011，使用靜電鍵合室門把手1010打開靜電鍵合室門1009，取出完成靜電鍵合的對象。

S15)，使用靜電鍵合室門把手1010關閉靜電鍵合室門1009，擰緊靜電鍵合室門1009。完成整個工藝流程。

本實用新型的目的是保證了整個操作環境的潔凈度，保證了操作環境與氧氣、水汽隔絕，避免了厭氧、怕水汽的對象在操運過程中接觸氧氣和水汽的問題。

以上所述的具體實施方式，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。