多层晶片阳极键合界面结构及力学性能研究

作     者：陈大明 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡利方

授予年度：2017年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：阳极键合 GD-OES 玻璃 硅 铝 镍 

摘      要：BF玻璃具有良好的耐热性能、光学性能、化学稳定性以及力学性能,在MEMS器件制造和封装领域常作为基体材料与半导体、金属等材料进行连接以实现对微传感器、微流泵等器件的封装工艺。阳极键合是实现玻璃与上述几种材料连接最常用的技术,本文利用阳极键合技术,通过电场反转实现了Si-glass-Si、Al-glass-Al、Al-glass-Si的连接;通过钎料在大气低温下实现了glass-Ni的连接,研究了工艺参数对界面结构和力学性能的影响,研究发现:(1)利用阳极键合工艺,通过一次电场反转可实现Si-glass-Si的连接,Si(1)-glass键合过程中,由于Na+在玻璃表面析出,导致连接界面附近的玻璃体内形成Na+耗尽层,Na+耗尽层中存在“高场强和“低场强两个不同的空间区域。受第一个键合界面的影响,Si(2)-glass界面键合过程中出现两个峰值电流。(2)利用阳极键合技术制备了Al-glass-Al和Al-glass-Si试样。由于Al3+扩散至Na+耗尽层,第二个界面键合电流并未出现两个峰值电流。反向电场会降低Al(1)-glass界面键合率,但不会破坏其界面。Al-glass-Al界面强度高于Al-glass-Si界面强度,且断裂均沿第二次键合界面发生。(3)首次利用Al箔作过渡层,在大气中实现了glass与Ni的低温钎焊连接,典型的界面结构为:glass/Al/AlZnSn+solder/NiSn/Ni。拉伸试验结果表明,断裂发生在玻璃处,说明界面结合良好,界面强度超过母材的强度。