玻璃氣密封裝技術(shù)：MEMS器件的理想解決方案之一

通過將微型機(jī)械和電子組件集成于單個(gè)襯底，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）改變了眾多行業(yè)，促進(jìn)了高靈敏度和高效能器件的構(gòu)建。MEMS在多種不同領(lǐng)域的應(yīng)用都至關(guān)重要，包括汽車、手機(jī)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、航天航空和國防等。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，很多MEMS器件的成功依賴于保持一個(gè)密封環(huán)境來保護(hù)其精微的內(nèi)部組件。玻璃密封技術(shù)為MEMS器件提供了一種可靠的氣密封裝解決方案。

氣密封裝的重要性

氣密封裝通過在器件周圍形成氣密屏障來防止?jié)駳?、污染物和其它外部元素進(jìn)入。在MEMS器件中，即使是微小的環(huán)境影響也可能改變其性能或?qū)е鹿收?。如果MEMS器件被用于穩(wěn)定性、精度和可靠性至關(guān)重要的領(lǐng)域，例如航空航天、醫(yī)學(xué)和電信行業(yè)等，那么實(shí)現(xiàn)氣密封裝至關(guān)重要。

玻璃密封：MEMS器件的理想解決方案之一

盡管有各種氣密封裝技術(shù)，但是玻璃密封是一種適用于MEMS器件的通用且高產(chǎn)的技術(shù)。

該技術(shù)利用玻璃的獨(dú)特特性，為MEMS器件創(chuàng)建可靠且堅(jiān)固的封裝，同時(shí)在鍵合表面施加最小的應(yīng)力。在三步工藝中，其中有一步工藝是將玻璃漿料絲網(wǎng)印刷在蓋帽晶圓上，蓋帽晶圓與結(jié)構(gòu)器件晶圓熱壓鍵合10分鐘。該方法在真空中進(jìn)行，溫度為440℃，壓強(qiáng)為1000 mBar。

該技術(shù)能夠鍵合疏水性和親水性表面，并可應(yīng)用于時(shí)下最流行的微系統(tǒng)表面材料，例如鋁、硅和玻璃等。

利用熱膨脹系數(shù)（CTE）掌控精度

玻璃密封技術(shù)精確地配制玻璃成分，以匹配不同材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）。材料的熱膨脹系數(shù)是指材料隨著溫度的波動(dòng)而發(fā)生的變化。通過調(diào)整玻璃顆粒的組成，可以調(diào)整熱膨脹系數(shù)，使其與MEMS器件和封裝材料緊密匹配。這種兼容性確保了當(dāng)受到溫度變化的影響時(shí)，玻璃密封保持完整，不會(huì)損害器件的結(jié)構(gòu)完整性。

Mo-Sci是一家開創(chuàng)性的玻璃技術(shù)公司，是開發(fā)和完善各種應(yīng)用（包括MEMS器件）的玻璃密封解決方案的領(lǐng)導(dǎo)者。

該公司的專長在于制造具有可定制熱膨脹系數(shù)的密封玻璃。Mo Sci是尋求可靠氣密封裝解決方案的MEMS器件制造商的理想合作伙伴，具有各種各樣的玻璃-金屬和玻璃-陶瓷密封材料，在熱膨脹系數(shù)方面精確匹配，能夠承受高達(dá)1600℃的溫度。

玻璃密封的通用性

玻璃密封的應(yīng)用范圍從MEMS器件擴(kuò)展到一系列尖端技術(shù)。

太陽能電池

玻璃密封可用于鈣鈦礦光伏組件的封裝。這些組件效率很高，是傳統(tǒng)硅太陽能電池的廉價(jià)替代品，但對(duì)水分高度敏感，少量水分會(huì)完全抑制其功能。激光輔助鍵合的玻璃密封確保了耐用的密封屏障，保護(hù)鈣鈦礦電池免受水分的影響，同時(shí)鎖定含鉛化學(xué)物質(zhì)。

金屬離子和熱電池

在能源存儲(chǔ)解決方案中，玻璃密封在提高金屬離子電池（包括鋰離子和鈉離子電池）的可靠性和壽命方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，這些電池需要能夠承受高溫和抗化學(xué)腐蝕的密封。玻璃密封提供了一個(gè)彈性屏障，使先進(jìn)的電池技術(shù)能夠高效運(yùn)行。

玻璃密封也是熔鹽電池的實(shí)用解決方案，熔鹽電池高度依賴鈉鹽（例如鈉-鎳和鈉-氯化硫）來實(shí)現(xiàn)顯著的能量和功率密度，因此是大規(guī)模工業(yè)和能源存儲(chǔ)應(yīng)用的一個(gè)有吸引力的選擇。

玻璃密封是傳統(tǒng)聚合物或金屬密封的高能替代品，在具有挑戰(zhàn)性的化學(xué)環(huán)境和熔鹽電池固有的苛刻工作溫度（從300℃到350℃）下表現(xiàn)出優(yōu)異的彈性。

高溫傳感器

玻璃密封也適用于高溫環(huán)境，例如機(jī)動(dòng)車輛和化學(xué)加工廠。玻璃密封的耐腐蝕性和可預(yù)測的熱膨脹性及其它固有性質(zhì)確保了傳感器在此類環(huán)境中工作的長期穩(wěn)定性。

固體氧化物燃料電池（SOFC）

盡管固體氧化物燃料電池的高工作溫度帶來了挑戰(zhàn)，但其在清潔和高效發(fā)電方面具有非凡的前景。為了制造用于固體氧化物燃料電池的高溫密封劑材料，目前，Mo Sci采用了兩種方法，一種方法依賴于傳統(tǒng)的玻璃-陶瓷密封，其中玻璃經(jīng)過結(jié)晶以與密封組件建立鍵合。

Mo Sci的另一種方法涉及開發(fā)粘性兼容的玻璃密封，該玻璃密封在整個(gè)應(yīng)用過程中保持玻璃體，并且可以自愈，從而降低與熱應(yīng)力相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，并確保固體氧化物燃料電池的壽命。這項(xiàng)突破性技術(shù)有望促進(jìn)固體氧化物燃料電池的商業(yè)化以及廣泛采用。

玻璃密封的前景

玻璃密封技術(shù)已成為在MEMS器件和其它先進(jìn)功能中實(shí)現(xiàn)氣密封裝的一種有前途的解決方案。Mo Sci等公司通過精確設(shè)計(jì)密封玻璃的性能，使制造商能夠創(chuàng)建高度可靠和堅(jiān)固的封裝系統(tǒng)。

隨著技術(shù)創(chuàng)新的視野不斷拓寬，玻璃密封在保護(hù)敏感組件和確保其最佳性能方面的作用越來越強(qiáng)大。

審核編輯：劉清