[发明专利]热熔性密封玻璃组合物及其制造和使用的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年7月16日提交的美国临时专利申请序列号61/081,051的优先权，该美国临时申请引入本文作为参考。

发明背景

技术领域

本发明涉及热熔性密封玻璃组合物及其制造和使用的方法。

相关文献的描述

图1显示了在由硅或玻璃制成的元件晶片20中或之上形成的示例性微型机电系统(MEMS)元件10的简要截面图。MEMS元件10可以是加速计、速率传感器、驱动器、压力传感器等。信号线30的一部分在元件晶片20中形成，信号线30将MEMS元件10电连接至微处理器和/或其他电路(未显示出)。使用密封性玻璃组合物，将由硅或玻璃制成的盖晶片(cap wafer)40与元件晶片(device wafer)20连接，所述密封性玻璃组合物熔化并再固化以在盖晶片40和元件晶片20之间形成气密的玻璃密封50。盖晶片40、气密的玻璃密封50和元件晶片20由此共同限定了包含腔60的封装，在所述腔60内所述MEMS元件10被包裹和保护。

为了使它们十分自然的运行，在某种程度上MEMS元件必须能够自由移动。因此，元件晶片片和盖晶片之间的密封必须阻止灰尘、湿气和其他能干扰MEMS元件的功能的外来物质进入空腔。有些MEMS元件例如压力传感器要求其空腔必须完全真空且气密密封。有些MEMS元件例如具有共振微机部件的移动传感器和加速计在真空中运行效率更高。有些MEMS元件需要气体回填以产生一定的气氛。在盖晶片和元件晶片之间的气密密封也确保了将湿气从空腔中排除，湿气在低温下能够导致形成冰晶体和/或另外阻碍MEMS元件的运行。

在MEMS元件中使用的密封性玻璃组合物典型地使用丝网印刷技术来施加，在该技术中，密封性玻璃组合物以膏的形式沉积，所述膏包括颗粒状玻璃料、触变性粘合剂和该粘合剂的溶剂。调整玻璃料、粘合剂和溶剂的比例以允许将受控体积的膏丝网印刷在所述晶片之一的指定的粘结表面上。在干燥、烧尽粘合剂(BBO)和预上釉(从玻璃料粘结膏中去除所有的有机成分)之后，将盖晶片和元件晶片对齐，然后成对以使玻璃料微粒良好接触粘结表面。然后逐步加热晶片至再熔化、流动，且通过玻璃料赋予该晶片表面润湿性，从而在冷却后，该玻璃料再固化以在所述晶片之间形成基本上均匀的玻璃粘结线。

因为玻璃料粘合剂膏中的玻璃料微粒分散在粘合剂和溶剂系统中，玻璃料微粒在被丝网印刷后并且在溶剂被去除前稍有流出(例如扩散)的趋势。例如，最初线路宽度为约160微米的玻璃料粘合剂膏的丝网印刷线路在溶剂从所述膏中去除之前通常会扩散至200微米的宽度。如果最初的线路宽度能够保持，以及如果能够去除干燥的步骤将会非常有利。

发明内容

根据前面描述，本发明涉及一种热熔性密封玻璃组合物及其制造和使用的方法。本发明中的热熔性密封玻璃组合物包括一种或多种分散于聚合物粘合剂系统的玻璃料。所述聚合物粘合剂系统在室温(在此目前定义为约22.5℃)下是固态的，但在约35℃至约90℃的温度下会熔化，由此通过丝网印刷形成适于施加在基片(例如盖晶片和/或元件晶片)的可流动液态分散体。本发明的热熔性密封玻璃组合物在通过丝网印刷被沉积之后快速再固化和粘附于基片。因此，它们不会趋向于象传统的溶剂型玻璃料粘合剂在丝网印刷之后扩散。而且，因为本发明的热熔性密封玻璃组合物不是溶剂型体系，其不需要在沉积之后进行强制干燥。再固化的丝网印刷后的密封玻璃图案能够经受剧烈的部件操作而不与基底分离。

如上所述，本发明的热熔性密封玻璃组合物包括一种或多种分散在聚合物粘合剂系统中的玻璃料。优选地，使用获得以液体分散体状态的合适流动性所必需的最小量的聚合物粘合剂系统。本发明的一个实施方式中，热熔性密封玻璃组合物包括约85％重量一种或多种玻璃料和约15％重量聚合物粘合剂系统。

本发明的热熔性密封玻璃组合物中的玻璃料或玻璃料的组合在相对低的烧成温度(例如500℃以下，优选480℃以下，更优选450℃以下)下熔化和流动。在优选的低温烧成制度中，本发明的热熔性密封玻璃组合物没有有意添加的SiO₂和/或有意添加的Al₂O₃。优选地，聚合物粘合剂系统在低于玻璃料或玻璃料组合的玻璃转化温度下完全燃尽。可以预见的是，玻璃成分可以包括两种或更多种本文公开的玻璃料。包含主要量的在室温下呈蜡状固体的脂肪醇和少量的一种或多种聚丙烯酸酯聚合物的聚合物粘合剂系统是目前优选的。

本发明的一个实施方式是一种可丝网印刷的热熔性密封玻璃组合物，其包括：

约50％重量至由约95％重量的玻璃组分，该玻璃组分包括一种或多种玻璃料；和