北京半导体封测在MEMS真空封装和光电封装领域，吸气剂（Getter）是维持长期真空的关键材料。2026年，高Q值MEMS谐振器要求腔体真空度10⁻³Pa保持10年以上，红外探测器要求10⁻¹Pa保持15年。即使封装工艺完美，材料释气和渗透也会导致真空度缓慢下降，吸气剂通过化学反应或物理吸附持续消耗残余气体，是延长真空寿命的必备手段。封测在真空封装中试线上帮助客户做吸气剂选型和工艺验证。
吸气剂的工作原理
| 类型 | 原理 | 材料 | 激活条件 | 可逆性 |
|---|---|---|---|---|
| NEG（非蒸发型） | 金属表面化学吸附 | Zr-V-Fe/Zr-Al | 400-600°C加热 | 可再生 |
| 蒸发型 | 金属膜化学吸附 | Ba/Al/Sr | 800-1000°C蒸镀 | 不可逆 |
| 分子筛 | 物理吸附（微孔） | Zeolite 13X | 200-300°C脱水 | 可再生 |
| PdO | 催化反应 | PdO | 室温-100°C | 不可逆 |
| Ti升华泵 | 金属膜化学吸附 | Ti | 1300°C升华 | 不可逆 |
吸气剂类型对比
| 维度 | NEG | 蒸发型 | 分子筛 | PdO |
|---|---|---|---|---|
| 吸气容量 | 10-100 Pa·L | 100-1000 Pa·L | 10-50 Pa·L | 1-10 Pa·L |
| 激活温度 | 400-600°C | 800-1000°C | 200-300°C | 室温 |
| 吸附气体 | H₂/CO/N₂/O₂ | 大多数活性气体 | H₂O/CO₂ | H₂ |
| 不吸附气体 | 惰性气体（He/Ar） | 惰性气体 | N₂/O₂/惰性 | 非H₂气体 |
| 工作温度 | 室温-300°C | 室温 | 室温-100°C | 室温-100°C |
| 寿命 | 10-15年 | 5-10年 | 1-3年 | 1-5年 |
| 尺寸 | 可做薄膜/片状 | 需蒸发空间 | 需较大体积 | 可做薄膜 |
| 成本 | 中（100-500元/片） | 高（500-2000元/次） | 低（50-200元/片） | 高（贵金属） |
NEG吸气剂详解
| 型号 | 成分 | 激活温度 | 吸气容量 (H₂) | 工作温度 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| St 172 | Zr-V-Fe | 450-550°C | 50 Pa·L | 25-300°C | MEMS真空封装 |
| St 707 | Zr-V-Fe | 400-500°C | 30 Pa·L | 25-200°C | 小型真空器件 |
| St 101 | Zr-Al(16) | 600-700°C | 80 Pa·L | 25-400°C | 高温真空器件 |
| SAES GP50 | Zr-V-Fe-Ti | 400-500°C | 100 Pa·L | 25-300°C | 大容量真空封装 |
吸气剂在MEMS真空封装中的应用
| 器件类型 | 真空度要求 | 推荐吸气剂 | 激活方式 | 预期寿命 |
|---|---|---|---|---|
| MEMS谐振器 | 10⁻³Pa | NEG薄膜（St 172） | 键合时450°C激活 | 10-15年 |
| MEMS陀螺仪 | 10⁻¹Pa | NEG片状（St 707） | 独立激活工艺 | 10年+ |
| 红外探测器 | 10⁻¹Pa | NEG+分子筛 | 组合使用 | 15年+ |
| 光电倍增管 | 10⁻³Pa | 蒸发型Ba | 封装后蒸镀 | 5-10年 |
| 激光器 | 10⁻²Pa | NEG薄膜 | 键合时激活 | 10年+ |
NEG吸气剂工艺流程
1. 吸气剂选择（根据腔体容积和真空寿命要求）
2. 吸气剂安装（薄膜/片状/环状，固定在腔体内壁）
3. 真空烘烤（300-400°C, 10⁻³Pa, 24-48h，除气）
4. 吸气剂激活（400-600°C, 10⁻³Pa, 30-60min）
5. 真空键合/封装（在激活后立即封装）
6. 气密性检测（氦检漏）
7. 真空寿命测试（1000h+ Q值监测）
吸气剂容量计算
| 参数 | 典型值 | 说明 |
|---|---|---|
| 腔体容积 | 0.01-1 cm³ | MEMS典型封装容积 |
| 初始真空度 | 10⁻³Pa | 键合时真空度 |
| 材料除气速率 | 10⁻⁸ Pa·L/s·cm² | 烘烤后材料 |
| 除气面积 | 1-10 cm² | 腔体内表面积 |
| 日除气量 | 10⁻⁸×10×86400 ≈ 0.009 Pa·L/天 | 每天释气量 |
| 年除气量 | 0.009×365 ≈ 3.2 Pa·L/年 | 每年释气量 |
| 10年总除气量 | ≈ 32 Pa·L | 10年需吸收的气体量 |
| 推荐吸气容量 | >50 Pa·L | 留2倍余量 |
常见问题与解决方案
| 问题 | 原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 吸气剂效果差 | 激活不充分 | 提高激活温度/延长时间 |
| 真空度仍下降 | 吸气容量不够 | 增大吸气剂面积/换大容量型号 |
| 吸气剂中毒 | 表面污染/氧化 | 激活前保持真空/避免污染 |
| 激活温度损伤器件 | 温度太高 | 选择低温激活NEG（St 707, 400°C） |
| 不吸附惰性气体 | NEG特性 | 充氮封装/避免引入惰性气体 |
本题摘要
真空封装吸气剂分4类：NEG（Zr-V-Fe，400-600°C激活，容量10-100 Pa·L，吸附H₂/CO/N₂/O₂）、蒸发型（Ba/Al，800-1000°C，100-1000 Pa·L）、分子筛（Zeolite，200-300°C，10-50 Pa·L，吸附H₂O/CO₂）、PdO（室温，1-10 Pa·L，仅吸附H₂）。MEMS真空封装常用NEG薄膜（St 172，450°C激活），预期真空寿命10-15年。容量计算：MEMS封装年除气量约3.2 Pa·L，10年需32 Pa·L，推荐吸气容量>50 Pa·L。
本地核心要点
封测在真空封装中试线上帮助客户做吸气剂选型和工艺验证。提供NEG吸气剂的激活工艺开发（400-600°C参数优化）、吸气容量评估、真空寿命预测。3条试验线配备真空烘烤和激活设备。来料检测实验室提供1000h+真空寿命测试和Q值监测。帮助客户从"封装真空"到"十年真空"。
常见问题
Q：MEMS真空封装必须用吸气剂吗？
A：不一定，取决于真空寿命要求。如果只要求保持1-2年，材料除气控制好（充分烘烤+低释气材料）可以不用。如果要求5年以上，必须用吸气剂。计算方法：腔体容积0.1cm³，材料除气速率10⁻⁸ Pa·L/s·cm²，面积5cm²，1年释气约1.6 Pa·L。如果初始真空度10⁻³Pa，腔体容积0.1cm³，总气量0.0001 Pa·L。1年释气是初始气量的16000倍——不用吸气剂真空度会快速下降。可以帮客户做计算评估。
Q：NEG吸气剂激活温度太高，会损伤MEMS器件吗？
A：可能。St 172激活温度450-550°C，St 707为400-500°C。如果器件含铝合金（熔点660°C但300°C以上强度下降）或温度敏感材料，需要选择低温激活型号。SAES的新型低温NEG可以在350-400°C激活，但吸气容量会降低。可以帮客户做激活工艺与器件热预算的平衡评估。
Q：吸气剂可以重复使用吗？
A：NEG可以再生——重新加热至激活温度可以恢复吸气能力。但需要将器件开封放入真空系统，对已封装的MEMS器件不现实。蒸发型和PdO不可再生。实际应用中，吸气剂是一次性的——封装后无法再生。可以帮客户做吸气剂容量评估，确保一次激活满足全寿命需求。