压缩键合方法技术

一种压缩键合方法包括：以预定的形状在衬底上图案化形成金属键合膜；和将键合元件置于金属键合膜上并且将热施加于衬底和将压力施加于键合元件，从而将键合元件键合到具有金属键合膜的衬底上。因为该压缩键合方法允许具有各种形状和尺寸的键合元件在低温低压下被键合到衬底上，所以简化了制造。并且该压缩键合方法能够被应用于各种密封和封装工艺中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，更具体地讲，涉及一种在低温低压下使用压缩键合将玻璃键合到衬底的方法。
技术介绍
使用粘合剂的方法、焊接方法、或扩散方法可用于将玻璃键合到衬底。在使用粘合剂的方法中，使用聚合体、塑胶或环氧树脂等粘合剂来将玻璃键合到衬底。使用粘合剂的方法存在这样一些缺点，其难以精细地调节粘合剂的量，其耗费大量的时间，键合的结构容易破裂，和键合元件在高湿度下分离。而且，在光学通信系统或封装技术中，粘合剂可成为污染源，因此需要不使用粘合剂的键合方法。尽管在这方面已经建议了使用金属的键合方法，然而因为金属和玻璃具有不同的材料特性，所以不易使用金属将玻璃键合到衬底。当使用焊接方法时，键合的部分容易变形，并且在封装可靠性测试中，出现差的温度循环结果。此外，焊接方法存在由于疲劳而产生的蠕变松弛的问题。扩散方法存在这样一些缺点，如需要应用附加的静电场、产生高温热、和需要使用专门的化学机制来进行表面活化、在旨在将玻璃球键合到衬底的方法的第5,178,319号美国专利中公开了将玻璃键合到金属中的铝的方法的示例。图1是示出第5,178,319号美国专利中公开的的图。参照图1，为了将玻璃球透镜11键合到硅衬底12，与玻璃球透镜11接触的硅衬底12表面被涂上铝膜13。使用压缩工具14以箭头方向15来挤压玻璃球透镜11，同时，使用加热器16来加热铝膜13。在该传统的中，铝膜13通过加热铝膜13同时挤压玻璃球透镜11而融化，使得铝膜13和玻璃球透镜11在其接触点被熔合在一起。为了将玻璃球透镜11键合到平面硅衬底12，需要超过300℃的高温和几百Mpa的压力。在将被键合到平面硅衬底12的光学元件具有如同玻璃球透镜11的曲表面并且具有小的尺寸即具有不到几毫米的半径的情况下，能够使用上述的传统的。因为光学元件是有曲表面，所以其在一点接触铝膜13。从而，当挤压光学元件时，挤压集中在接触点上，由此将能量集中在该接触点。其结果是，铝膜13的格点容易分离，由此，能够将光学元件键合到硅衬底12上。如上所述的传统的能被有效地应用于光学纤维或小型透镜等小尺寸的光学元件，但是其不能被有效地应用于具有平接触表面的大尺寸的光学元件。尽管键合所需的Al/Si成分的摩擦系数是小数数量级，然而由于应用到光学元件的压力通过平面而被分散，所以具有平表面的光学元件的长度与厚度的比实际上是几百个数量级，因此摩擦系数太大而不允许铝的结构在任何压力下被分离。为了使用传统的来将光学元件的平表面键合到衬底上，必须对光学元件长周期地施加高温高压，从而可穿透铝膜或迫使其沿侧方向流动。此外，即使执行键合工艺，也很难将光学元件牢固地键合到衬底上。
技术实现思路
本专利技术提供一种，通过该方法，具有各种尺寸的非晶玻璃板在低温低压下被键合到硅、陶瓷或金属衬底上。根据本专利技术的一方面，提供一种，该方法包括以预定的形状在衬底上图案化形成金属键合膜；和将键合元件置于金属键合膜上并且将热施加于衬底和将压力施加于键合元件，从而将键合元件键合到具有金属键合膜的衬底上。根据本专利技术的另一方面，提供一种，该方法包括以预定的形状在衬底上图案化形成第一金属键合膜和以预定的形状在键合元件上图案化形成第二金属键合膜；和将键合元件置于第一金属键合膜上，并将热施加于衬底和将压力施加于键合元件，从而将具有第二金属键合元件的键合元件键合到具有第一金属键合元件的衬底上。最好，衬底由硅、金属、或陶瓷制成。最好，金属键合膜由铝、镁、锌或钛制成。最好，预定的形状为条纹或点。最好，键合元件是玻璃或金属。最好，热度低于350℃。附图说明图1是示出第5,178,319号美国专利中公开的传统的图。图2是示出根据本专利技术的第一实施例的的图。图3是示出根据本专利技术的第二实施例的的图。图4是示出根据本专利技术的第三实施例的的图。图5是示出根据本专利技术的的原理的图。图6A至6E是示出根据本专利技术的第一实施例的中阶段的图；图7至图12是显示在其中根据本专利技术的将元件键合到衬底上的状态的示例的照片。图13是示出根据本专利技术的第四实施例的的图。具体实施例方式以下，将参照附图来详细描述根据本专利技术的的优选实施例。图2示出在根据本专利技术的第一实施例的中衬底、金属键合膜和具有板形的将被键合的元件的排列，以下，该元件被称作为键合元件。参照图2，金属键合膜33以条纹在衬底31的顶表面上图案化形成，然后具有板形的键合元件35置于金属键合膜33上。接下来，加热衬底31，同时从上挤压金属键合膜33。其结果是，金属键合膜33变形，由此，键合元件35被键合到衬底31上。这里，金属键合膜33的宽“W”和厚D以及条纹间的间距G1随着衬底31、金属键合膜33和键合元件35的材料类型而改变。衬底31可由硅、金属或陶瓷来制成。金属键合膜33可由铝(Al)、镁(Mg)、锌(Zn)或钛(Ti)来制成。最好使用具有低熔点和高粘合力的铝。键合元件35可是由玻璃制成的光学元件或由金属制成的电子元件。可改变键合元件35的类型、尺寸和形状。图3示出在根据本专利技术的第二实施例的中衬底、金属键合膜和具有板形的键合元件的排列。与图2中所示的其中以条纹来图案化形成金属键合膜33的第一实施例不同，图3中所示的第二实施例的金属键合膜43以方点来图案化形成。标号41表示衬底，标号45表示键合元件。因为在金属键合膜43的方点之间的间距G2大于图2中所示的金属键合膜33的条纹之间的间距G1，所以金属键合膜43比金属键合膜33更有效。金属键合膜43的方点的宽S1、长S2和高S3可以相同当不必相同。图4显示在根据本专利技术的第三实施例的中衬底、金属键合膜和具有板形的键合元件的排列。与图2中所示的金属键合膜33相似，第一金属键合膜53a以条纹在衬底51的顶表面上图案化形成，然后第二金属键合膜53b以条纹在键合元件55的底表面上图案化形成。第一金属键合膜53a和第二金属键合膜53b通过加热衬底51同时对键合元件55的顶表面施加压力而被加热，，从而键合元件55被键合到衬底51上。因为第一金属键合膜53a和第二金属键合膜53b分别在衬底51和键合元件55上形成，所以第三实施例不同于第一实施例。在第二和第三实施例中的衬底41和51、金属键合膜43、53a和53b、和键合元件45和55的其它特征与第一实施例中描述的衬底31、金属键合膜33和键合元件35的特征相同。图5是示出根据本专利技术的的原理的图。矩形铝膜4具有沿Z方向在0和1之间的固定宽度并且具有厚度“t”。当压力P沿Y方向施加给铝膜4时，铝膜4沿X方向延伸。沿Z方向铝膜4的延伸被限制。现在将计算在铝膜4沿X方向延伸开始时的压力P。由于在铝膜4和衬底之间的摩擦，沿X方向从铝膜4的中心到其周围压力P降低。当压力P施加于铝膜4上时，铝膜4的厚度“t”降低，并且其宽度“W”沿X方向增加。即，随着X方向的宽度“W”增加，距离X增加，因此沿X方向的位移ΔX根据公式(1)增加。ΔX=XtΔY...(1)]]>因为必须降低厚度“t”来增加铝膜4的位移ΔX，所以可从公式(1)中推断键合需要高压。必须知道X方向的压力以计算开始移动铝膜4所需的压力。首先，在铝膜4的±w/2宽度处的压力总等于不同宽度的膜延伸开始时的压力的边界条件下，计算铝膜4延伸开始时的压力。相同的摩擦系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压缩键合方法，包括：以预定的形状在衬底上图案化形成金属键合膜；和将键合元件置于金属键合膜上并且将热施加于衬底和将压力施加于键合元件，从而将键合元件键合到具有金属键合膜的衬底上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：具滋南，希尔盖波蒂波夫，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]