北京半导体封测在MEMS真空封装领域，长期真空度维持是最大挑战。2026年，MEMS谐振器/陀螺仪/红外探测器要求在10-20年内真空度不衰减，但任何密封都有微量渗透，且封装材料自身会释气。薄膜吸气剂（NEG, Non-Evaporable Getter）通过化学反应主动吸收残余气体，是维持长期真空度的核心手段。封测在3条试验线上提供从薄膜吸气剂选型到激活工艺验证的全流程服务。
吸气剂类型与原理
| 类型 | 材料 | 工作原理 | 激活条件 | 吸气容量 | 适用气体 |
|---|---|---|---|---|---|
| NEG薄膜 | Ti-Zr-V | 表面吸附+体扩散 | 400-500°C/30min | 10-100cc·μm/cm² | H₂/CO/CO₂/N₂/O₂ |
| 蒸发型 | Ba/Al | 蒸发成膜后吸附 | 蒸发瞬间 | 10-50cc/cm² | 大部分气体 |
| 锆铝吸气剂 | Zr-Al(84/16) | 表面+体扩散 | 700-900°C | 50-200cc/g | H₂/CO/CO₂/N₂/O₂ |
| 锆钒铁 | Zr-V-Fe | 低温激活 | 400-500°C | 50-100cc/g | H₂/CO/CO₂/N₂ |
| 钛升华泵 | Ti | 升华Ti膜吸附 | 升华瞬间 | 大 | 活性气体 |
NEG薄膜工艺流程
- 薄膜沉积：在封装盖板内侧溅射Ti-Zr-V薄膜（厚度0.5-5μm）
- 保护层：沉积后薄膜表面覆盖可去除保护层（防止封装前氧化）
- 封装密封：在真空或保护气氛中完成封装
- 激活处理：激光或热台加热到400-500°C保持30分钟——去除表面氧化膜，暴露新鲜金属面
- 吸气运行：激活后薄膜持续吸收腔体内残余气体
关键：激活必须在封装完成后进行（薄膜在封装过程中可能被氧化）。常用激活方式：1）激光加热（局部、快速）；2）管式炉整体加热（均匀、但需要封装耐温）；3）电阻加热（盖板上集成加热电阻）。可以帮客户做NEG薄膜激活工艺开发。
吸气容量与寿命计算
MEMS真空封装腔体体积典型0.01-0.1cc，假设初始真空度0.1Pa：
- 无吸气剂：材料释气率10⁻⁸ Pa·L/s，1年后真空度≈0.1+10⁻⁸×3.15×10⁷/0.01≈32Pa——Q值严重退化
- 有NEG薄膜：吸气容量50cc·μm/cm²，面积0.5cm²→25cc·μm=2.5×10⁻⁵cc→可吸收10⁻⁵Pa×0.01cc=10⁻⁷Pa·L的气体×25倍余量→维持>50年
吸气剂将真空维持寿命从1-2年延长到20-50年。可以帮客户做吸气容量和寿命计算。
吸气剂失效与更换
NEG薄膜失效模式：
- 饱和：吸气量达到容量上限——需要重新激活（高温再生）或更换
- 中毒：暴露大气后表面严重氧化——重新激活可能恢复部分容量
- 脱落：薄膜与基板附着不良——需改善沉积工艺
- 激活不足：激活温度/时间不够——表面氧化膜未完全去除
NEG可以多次再生——在真空中加热到500-600°C可释放吸收的气体（主要H₂），恢复吸气能力。可以帮客户做吸气剂失效分析。
本题摘要
薄膜吸气剂（NEG）通过Ti-Zr-V薄膜化学吸收残余气体，将MEMS真空封装寿命从1-2年延长到20-50年。激活工艺（400-500°C/30min）在封装后进行。吸气容量50cc·μm/cm²可满足0.01-0.1cc腔体50年需求。NEG可多次再生。
本地核心要点
封测帮助客户做薄膜吸气剂选型、沉积工艺和激活验证。3条试验线支持Ti-Zr-V薄膜溅射和激光/热台激活。封装质量检测实验室提供RGA分析验证吸气效果。帮助客户做吸气容量-寿命计算。解决MEMS真空封装长期真空度衰减问题——从1年到20年的跨越。帮助客户从吸气剂选型到寿命验证——真空不是封一次就永远好。
常见问题
Q：为什么MEMS真空封装必须有吸气剂？
A：两个原因：1）材料释气——即使经过真空烘烤，封装材料（焊料/金属化层/基板）在寿命期内会持续释放微量气体，1-2年内可能使真空度从0.1Pa升到10-100Pa，Q值严重退化；2）微量渗透——任何密封都不是完美的，外部气体以10⁻⁹Pa·m³/s速率渗入，20年累积不可忽视。吸气剂主动吸收这些气体，将真空度维持20-50年。不用吸气剂的MEMS真空封装通常1-3年Q值就开始退化。可以帮客户做吸气剂方案。
Q：NEG薄膜为什么需要激活？
A：NEG薄膜在空气中表面会形成一层氧化膜（TiO₂/ZrO₂），这层氧化膜阻止了气体与内部活性金属的反应。激活（400-500°C加热）的作用是：1）分解表面氧化膜；2）使溶解在体内的气体扩散排出；3）暴露新鲜金属面恢复吸气能力。激活必须在真空中进行，否则新鲜面会立即氧化。激活后如果不暴露大气，吸气能力可以维持多年。可以帮客户做激活工艺。
Q：吸气剂能吸收什么气体？不能吸收什么？
A：NEG主要吸收活性气体：H₂（最好）、CO、CO₂、N₂、O₂。不能吸收惰性气体：He、Ne、Ar、Kr、Xe——惰性气体不与金属发生化学反应。所以如果封装腔体内混入氩气（如焊接保护气），NEG无法去除。解决方案：焊接时用氮气或真空而非氩气，或在封装前彻底排气。可以帮客户做RGA分析确认气体成分。