一种硼硅玻璃的键合方法与流程

1.本发明涉及一种硼硅玻璃的键合方法，属于器件键合技术领域。


背景技术：

2.硼硅玻璃是指以sio2,b2o3，al2o3,na2o为基本构成组分的玻璃。硼硅玻璃具有极低的热膨胀系数低(普通玻璃的三分之一)，在高温下不容易炸裂和变形，广泛应用于影院放映机、化学反应器的检查窗盖以及高效能灯等需要在高温条件或温度变化较为剧烈的环境中工作的器件中。此外，硼硅玻璃还具有形状偏差小，可见光透过率高，低色散和折射率相对较低等优点，被广泛应用于如望远镜、反射镜等光学器件中。
3.键和技术应用非常广泛，它可以用来制造电子产品中的芯片结构，也可以制造各类半导体材料与结构器件，甚至可以用来制作比较复杂的三位结构芯片。键合技术在光学器件制造领域也被广泛应用，玻璃键合的质量直接影响光学组件最终的性能，在整个工艺流程中十分重要。
4.目前玻璃的键合方法主要有以下几种：
5.(1)传统的热键合：通过高温(通常大于800℃)加热进行键合，这种键合方法最主要的缺陷在于较高的温度会使键合过程中的玻璃基片发生一定的形变。对于精度较高的光学器件，基片的变形会导致其光学精度严重下降，影响器件性能；
6.(2)中间介质键合：将低熔点玻璃料置于键合界面，加热到玻璃料软化温度，通过玻璃料将其粘接。这种方法通常存在所用的粘接玻璃料与所要键合的玻璃折射率和热膨胀系数不一致的问题，导致组件的光学精度下降；
7.(3)阳极键合：通过在键合玻璃的两端施加压力和电压，使玻璃中的na离子向负极方向漂移形成耗尽层形成o-si-o键实现键合。这种方法的缺点是na离子扩散能力有限，当所要键合的玻璃基片过厚时na离子无法充分扩散，导致键合效果较差。
8.上述键合方法大都需要通过等离子表面改性进行活化处理，且键合所需温度较高，使得制备过程操作繁琐，技术不容易掌握，一定程度上影响其大批量工业化生产。键合技术一般包括基片清洗、表面改性活化、预键合和键合四步。活化方法可大致分为等离子体活化、紫外光活化和化学溶液活化。在这之中，化学溶液活化不需要特定的仪器与设备，仅需使用化学溶液即可，因此相较于其他活化方式具有成本低廉、操作简单的优点。传统的化学溶液活化方法在对基片进行活化时需要加热煮沸活化液对基片进行活化，反应剧烈，风险较大。因此化学溶液活化的键合方法仍然存在进一步改进、简化的空间。


技术实现要素：

9.本发明要解决的技术问题在于克服上述不足，提供一种可在一般实验室完成的硼硅玻璃键合方法。该键合方法选用化学溶液超声清洗的方法进行基片的活化处理，不需要使用特殊处理设备，成本较低，且活化过程无需煮沸活化液，安全可靠，易于操作。该键合技术键合成功率高，强度能够满足一般光学组件制备要求，且键合所得的光学组件性能较为
2℃/min后开始加热，加热到100℃后保温2h，然后继续以2℃/min的速率继续升温到200℃后保温4h。之后自然冷却到室温，取出键合好的基片。键合后的基片透光率好，键合强度较高。


技术特征：
1.一种硼硅玻璃的键合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，使用光学抛光仪器对玻璃样品进行抛光，并分别使用纯水、乙醇和丙酮进行清洗，得到清洗后的玻璃基片；步骤2，在通风橱中将玻璃基片放入体积比为7:3的98％浓硫酸和30％双氧水混合液中超声清洗，将经步骤1清洗后的基片放入中超声处理一段时间，进一步去除玻璃基片表面污染物，同时生成si-oh键使表面亲水，再次使用纯水和乙醇超声清洗一段时间，然后使用氮气枪将其吹干待用；步骤3，按体积比为nh4oh:h2o2:h2o＝6:2:2的比例配置氨水活化液，将氨水活化液用针筒滴加在一片待键合的基片表面，将另一片与其贴合后在湿度为70％-90％的湿润环境中静置一段时间，重复此步骤后继续静置待用；步骤4，将静置后的基片分开，重复步骤3中滴加氨水活化液后继续静置2h；步骤5，将基片放入真空烘干箱，先升温到100℃保温一段时间,然后继续升温到200℃保温一段时间；步骤6,随炉冷却到室温，键合完成。2.根据权利要求1所述的键合方法，其特征在于：在步骤1中，所述超声清洗的超声功率为40-60w，清洗时间均为5min。3.根据权利要求1所述的键合方法，其特征在于：在步骤2中，超声处理5min以上。4.根据权利要求1所述的键合方法，其特征在于：在步骤2中，所述的再次使用纯水和乙醇超声清洗3min以上。5.根据权利要求1所述的键合方法，其特征在于：在步骤2中，所述的将另一片与其贴合后在湿度为70％-90％的湿润环境中静置2h以上。6.根据权利要求1至5任一项所述的键合方法，其特征在于：在步骤5中，将基片放入真空度为100mbar-200mbar的真空烘箱内，以2-3℃/min的速率升温至100℃后保温2h以上。7.根据权利要求6所述的键合方法，其特征在于，再以同样的升温速率继续升温至200℃后保温4h以上。

技术总结
本发明提供了一种硼硅玻璃的键合方法，该键合方法包括如下步骤：(1)将磨抛后表面光滑的硼硅玻璃基片分别使用纯水、乙醇清洗去除污物(2)在piranha溶液中超声清洗后再次使用纯水和乙醇清洗，并用氮气枪将其吹干(3)在键合面滴加氨水活化液，将其贴合后在湿度70％-90％环境放置2h，之后将其分开，再次滴加氨水活化液后重新贴合待用。(4)将贴合静置后的基片放入真空烘干箱，先在100℃保温1h，然后在200℃继续保温4h。(5)随炉自然冷却到室温，键合完成。该键合方法无需在高洁净环境中进行，对设备和环境要求较低，成本低廉，方便操作。方便操作。方便操作。


技术研发人员：王乙瑾 方舟 马怀超 李廷涛 孙正社 张磊 袁丽珠 李思颖 余文方
受保护的技术使用者：北方夜视技术股份有限公司
技术研发日：2022.06.01
技术公布日：2022/8/19