石英玻璃真空腔的低温键合技术研究

2014-04-12 李 攀 西安飞行自动控制研究所

  用于制造石英玻璃真空腔的低温键合技术受到了广泛的重视。该技术基于氢氧化物催化玻璃表面的水解/脱水过程,通过在键合界面之间形成硅酸盐三维网状结构实现键合,是一种高强度、高精确性、可靠的室温键合方法。本文简述了国际上低温键合技术的研究动态,对石英玻璃低温键合技术的工作原理进行了阐述,并设计了石英玻璃低温键合的详细实施步骤。通过对键合溶液浓度、键合过程、加速固化方法等关键工艺参数的分析和研究,实现了石英玻璃的低温键合,键合强度超过2.88MPa,而键合界面与光胶一样均匀、透明。利用低温键合技术形成石英玻璃真空腔,漏率优于5×10-10 Pa·L/s。

  石英玻璃作为一种重要的真空材料得到了广泛应用。石英玻璃的胶合质量直接影响石英玻璃真空腔的真空度、几何精度和寿命。传统的玻璃胶合手段包括光胶、环氧胶胶合和浆料键合(Fritbonding),但这些手段均存在各自的优缺点。光胶的优势在于光学透明、胶合精度高,但真空技术网(//crazyaunt.cn/)认为这种技术环境适应性较差(比如潮湿环境)、结合力低、对胶合表面要求高(对面形、疵病和粗糙度都有极高要求)、需要相对大的胶合面积,总体来说可靠性相对较差;环氧胶胶合的最大问题是光解和热解,而且结合力随温度和化学环境发生变化;浆料键合技术是一种高温技术,其结合力强但精确性差,而且存在巨大的热噪声,并不适合精密石英玻璃真空腔的制造。

  而溫度过低键合的工艺工艺摆脱了传统性石英砂砂玻离胶合的工艺工艺的缺欠。该的工艺工艺也叫为氢防铁的氧化物催化剂的作用键合(Hydroxide-Catalyzed Bonding,HCB)的工艺工艺,是种在室内溫度自然环境下还可以通过在键合菜单栏组成硅酸盐蜂窝状组成进行两体键合的相对稳定不靠谱的无水硫酸铜胶合具体的办法。与光胶相对来说,这样的的办法对菜单栏规范要求低(精研接触面就能),切合力更强(与浆料键合特别),抗溫度突破,而键合菜单栏与光胶似得一致、精密、通透,还可以普遍软件于熔石英砂砂、磁学玻离、磁学结晶状体、山东白麻等原料的两体键合。上世纪经典90年 美利坚共和国宇航局(NASA)为考虑地心引力电极B(GP-B)行动计划严酷的射出和运用状况国家助学金美利坚共和国普林斯顿本科大学考研本科进行溫度过低键合的工艺工艺钻研,并荣获了十分非常理想的键合功能。再也,溫度过低键合的工艺工艺吸引了国内多个钻研医疗部门的髙度更加重视,以及美利坚共和国普林斯顿本科大学考研本科、NASA、洛克希德·马丁子装修公司、传统肖特子装修公司、马来西亚格拉斯哥本科大学考研本科等钻研医疗部门总是强院于溫度过低键合的工艺工艺的进十步开拓和软件。路经近多年的钻研探索性,溫度过低键合的工艺工艺的适用性物料已是扩张到蓝辉石、SiC、Si等多种多样磁学结晶状体中,另外实行了异种物料中的两两键合;软件行业也扩张到基本知识合理钻研、天文气象观测、繁杂磁学元器件封装制作业、光通信网络元器件封装、大工作电压光纤宽带激光器器等多个行业。NASA将该的工艺工艺产品定位为的一种磁学通透、组成相对稳定不靠谱、温性能相对稳定的溫度过低的工艺工艺。 1、工作原理   长为1如下图所示,包含的氢防非金属氧化物的键合溶剂给予在石英石石玻璃窗板上时,OH-饰演铝离子液体剂的脚色,采取与它排斥的石英石石玻璃窗板从表面电离,而释发出出硅酸盐铝离子。 SiO2+OH-+2H2O※Si(OH)-

石英玻璃表面水解过程示意图

图1 石英晶体磨砂玻璃表明蛋白质水解时关心图   当硅酸盐宣泄到溶剂中后,运动的OH-阴阳正离子就是避免。倘若溶剂的pH值少于11,硅酸盐阴阳正离子就是解离行成 Si(OH)4Si(OH)-5※Si(OH)4+OH-   如同2表达,这样的Si(OH)四分子能够再次聚合物造成硅氧烷链和水 2Si(OH)4※(HO)3SiOSi(OH)3+H2O

石英玻璃表面脱水过程示意图

图2 石英砂玻璃板单单从表面过滤阶段举手图   当水原子已经开端蒸发器或进石英砂钢化玻璃时硅氧烷已经开端生成了化学反应键。过滤步骤以后进行,硅氧烷链会逐渐生成了一辈子的三维立体线状的结构,以此供给已经可以的键合的强度。 2、方案过程   设汁熔融石英有机玻璃超高温键合能力的施实具体步骤如图是3如图,并对首要工艺设计的工艺设计参数值开始了分享和实验设计。

低温键合技术实施步骤

图3 环境温度键合的技术开展部骤   2.1、表层需要准备   根据俩个键合表皮须要近到进而成键,底温制冷的效果键合方法应对键合表皮的表皮高低不平度提供 了标准。工作揭示,为确保大力度、高可信性、密封盖性优异的键合画面,标准面形最少高于λ/3。待键合表皮须要超细密洗掉以去掉表皮粒子并出现亲水表皮,洗掉历程能否用到一般而言的半导体芯片超细密洗掉的流程。再生利用异丙醇、H2SO4:K2Cr2O7、NaOH按序洗掉待键合铝件,接觸角不大于10°,无法底温制冷的效果键合工作对表皮洁净室度的标准。   2.2、键合饱和溶液的准备   键合溶剂一般 为含盖氢腐蚀物的水溶剂。会因为溶剂中的颗粒和残渣方便在键合画面造成缺欠点,所以咧影晌超低温键合的強度、安全稳定量分析和生态环境改变性,所以咧要需注意保障溶剂的卫生。   键合盐溶液的密度值是键合历程中的一最重要基本参数。实践探究阐明(表1),键合強度随密度值变换:密度值越大,強度越低,但凝固时光越长,行进行更精度的地址作业;密度值越小,強度越高,但交给精度调准的时光短点;但当密度值过低的时候对石英晶体玻璃纸的从表面淀粉水解历程呈现直接影响,键合強度会很快减低。

不同溶液浓度下的键合强度

表1 不同的饱和溶液浓硫酸浓度下的键合构造 5、论文   低温环境键合工艺作另一种新式安全酸性玻璃窗纸胶合工艺,制止了光胶、丙稀酸胶胶合和浆料胶合等傳統安全酸性玻璃窗纸胶合的方法的大多数的缺陷,正渐次将成为安全玻璃窗纸正空腔的主耍产生工艺。   经过对键合盐溶液浓度值、键合环节、提高应用办法等重要性技艺叁数的定量分析和深入分析,控制了石英砂石安全有机玻璃的低溫键合,键合抗压强度超2.88MPa,而键合网页与光胶相同饱满、通透。使用低溫键合技艺组成石英砂石安全有机玻璃真空箱腔,漏率远低于5×10-10Pa·L/s。