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多层晶片阳极键合界面结构及力学性能研究

多层晶片阳极键合界面结构及力学性能研究

作者：陈大明太原理工大学

学位级别：硕士

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,... 详细信息

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。

关键词：阳极键合 GD-OES 玻璃硅铝镍

基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的设计与制备探究

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基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的设计与制备探究

作者：朱甲强上海交通大学

学位级别：硕士

本文提出了一种新型的基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的结构设计和制作方法。该种陀螺采用MEMS微加工工艺制作而成。首先,采用湿法腐蚀工艺腐蚀肖特BF33玻璃制作基底;其次,通过阳极键合工艺将所制作的玻璃基底与单晶硅片键合在一起... 详细信息

本文提出了一种新型的基于阳极键合的硅微圆盘多环谐振陀螺的结构设计和制作方法。该种陀螺采用MEMS微加工工艺制作而成。首先,采用湿法腐蚀工艺腐蚀肖特BF33玻璃制作基底;其次,通过阳极键合工艺将所制作的玻璃基底与单晶硅片键合在一起;然后,对键合后的单晶硅片进行深反应离子刻蚀,以同时形成圆盘多环谐振器和电极;最后,进行切片和清洗,得到单个该种陀螺实验样品。本文对微圆盘多环谐振陀螺的发展进程、结构特点、工作原理、方案设计、工艺实施以及测试方法等,都进行了详细的分析和说明。在方案设计中,讨论了该种陀螺的结构尺寸、材料选取和加工工艺等,并进行了可行性分析;在工艺实施时,给出了具体的工艺设计流程,并进行了实际加工,还对实验过程中遇到的问题进行了分析和解决;在测试方法中,主要介绍了如何测量硅微圆盘多环谐振陀螺的谐振频率和振动位移等。通过对实验制备的硅微圆盘多环谐振陀螺进行初步分析可知,所制备的硅微圆盘多环谐振陀螺在制作结构上达到了预期结果。不过,后期仍然需要对实验进行优化以实现更好的性能。目前所做的实验工作将为今后制备相应的微圆盘多环谐振陀螺奠定一定的实验基础。

关键词：圆盘多环谐振陀螺阳极键合 MEMS 微加工工艺

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真空玻璃的阳极键合密封技术研究

真空玻璃的阳极键合密封技术研究

作者：卢佳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

中空玻璃逐渐取代隔热很差的单片玻璃,但是由于气体的对流传热和导热很大,即使充有氪气、氙气等大分子气体,中空玻璃的传热系数U值也无法降到1Wm-2K-1以下。将玻璃之间腔体抽成真空,是提高隔热性能的一种有效办法。真空玻璃的两片玻璃... 详细信息

中空玻璃逐渐取代隔热很差的单片玻璃,但是由于气体的对流传热和导热很大,即使充有氪气、氙气等大分子气体,中空玻璃的传热系数U值也无法降到1Wm-2K-1以下。将玻璃之间腔体抽成真空,是提高隔热性能的一种有效办法。真空玻璃的两片玻璃被四周边缘的密封剂连接,来保持其间的真空度好于10-1Pa。每片玻璃表面镀有低辐射率的红外反射膜(low-e膜)来减少热辐射,腔体之间布置支撑物阵列来防止外界大气压把玻璃压垮。本文分析了真空玻璃的传热机理,整个真空玻璃单元的传热由残余气体传热、支撑物传热、四周封边传热和辐射传热组成。目前市场上的真空玻璃由于高温封边工艺的限制,无法采用辐射率很低的low-e膜,辐射传热比较大,可见的报道中最低的U值为0.9Wm-2K-1。本文采用阳极键合技术作为真空玻璃低温密封的方法,这样就可以选用辐射率很低的镀膜(0.04),理论上真空玻璃的U值可降为0.5Wm-2K-1以下。阳极键合是在电压和加热的作用下,将导电性材料(如金属和半导体)和非导电材料(如玻璃和陶瓷)之间连接。它的特点是被焊接材料之间无需中间介质可在固态下结合,结合速度快,温度低。本文先在大气下进行了阳极键合作为真空玻璃密封的可行性实验,然后在真空室中(5?10-2Pa)分别进行了铝与玻璃的阳极键合实验、Sn-Ag合金与玻璃的阳极键合实验、Sn-0.5Al合金与玻璃的阳极键合实验,对实验样品进行了泄漏率检测、超声波界面缺陷检测、力学性能检测、界面微观结构的扫描电镜观察和能谱分析。实验结果显示,阳极键合只有在电压和温度高于一定的数值时才能实现,键合回路的电流随电压和温度的升高而增大。结合面发生了氧元素和金属元素的扩散,玻璃中靠近阳极一侧存在碱金属的耗尽层。与真空玻璃间隔相当厚度的铝片无法将两片玻璃密封焊接;Sn-3.5Ag, Sn-3.0Ag-0.5Cu两种合金与玻璃的结合强度较低,界面缺陷较多。Sn-0.5Al合金在真空下加热到300°C时熔化。熔化后的合金与玻璃形成均匀而良好的直接结合。这样的熔化“新区”与玻璃在阳极键合过程中,形成坚固的结合。开发了一个焊料浇注的装置,先在玻璃表面浇注熔化后的焊料,然后在真空室中进行阳极键合密封实验。利用这套装置,制造了泄漏率小于2?10-10 mbar l-1 s-1的密封样品。另外,本文对阳极键合中产生的电场力进行了计算分析。分析认为,电场作用下玻璃介质的极化是阳极键合实现的一个重要原因。界面间产生的几MPa数量级的压强,实现两焊接材料界面的紧密接触。

关键词：真空玻璃传热机理阳极键合电场力

PEO-LiClO4/Al超声波辅助阳极键合工艺试验研究

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PEO-LiClO4/Al超声波辅助阳极键合工艺试验研究

作者：杨冰冰太原科技大学

学位级别：硕士

阳极键合是微机电系统封装中的关键技术之一,随着微机电系统不断向集成化发展,封装质量的好坏成为微机电系统制约其发展的瓶颈之一,同时随着微机电系统的发展传统的材料已经不能适应其应用,因此新材料的开发与键合工艺的优化成为重要研... 详细信息

阳极键合是微机电系统封装中的关键技术之一,随着微机电系统不断向集成化发展,封装质量的好坏成为微机电系统制约其发展的瓶颈之一,同时随着微机电系统的发展传统的材料已经不能适应其应用,因此新材料的开发与键合工艺的优化成为重要研究热点。本文把超声波场首次引入到阳极键合高压电场中,针对复合阳极键合系统,键合工艺的需求,自主搭建了超声波辅助阳极键合试验装置,装置包括阳极键合电源系统、超声波系统、控制系统等,为满足阳极键合工艺的高压电场要求,对超声波的换能器,超声波振幅杆,超声波焊头进行了设计。以聚氧乙烯(PEO)为基体碱金属锂盐(LiClO)为导电离子的供者,采用高能球磨压片的工艺,制备了PEO基固体聚合物电解质材料PEO-LiClO对材料进行性能分析(XRD、红外光谱、DSC曲线、交流阻抗),性能测试可知Li盐的引入能降低聚合物的结晶度,最终利用PEO与LiClO质量比10:1、球料比7:1、研磨球直径2/3/4(1:1:1)mm、转速250r/min、球磨时间8h,制备得到本文需要的聚合物固体电解质。研究发现超声波振幅和键合电压是超声波辅助阳极键合中两个最重要的工艺参数,在键合电压不变时,随着超声波振幅的提高键合电流峰值变大,同时键合率也增大;在超声波振幅不变的情况下,随着电压变大,键合电流的峰值也在变大,键合率也在变大。加超声波处理较不加超声波处理进行阳极键合,键合最大电流变大,键合的过渡层明显增厚,提高了键合质量。

关键词：封装阳极键合超声辅助 PEO-LiClO4 键合电流

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阳极键合中离子导电聚合物的开发

机械管理开发 2015年第3期30卷 3-6,18页

作者：赵为刚阴旭刘翠荣杜超太原科技大学材料科学与工程学院山西太原030024

为了促进阳极键合技术在微机电系统封装环节的使用,开发一种离子导电聚合物代替原有的封装键合材料。设计利用聚氧化乙烯(PEO)作为基体,碱金属锂盐(LiClO4、LiPF6、LiBF4)作为电解质材料,利用高能球磨法对材料混粉进行研磨,使之充分络合... 详细信息

为了促进阳极键合技术在微机电系统封装环节的使用,开发一种离子导电聚合物代替原有的封装键合材料。设计利用聚氧化乙烯(PEO)作为基体,碱金属锂盐(LiClO4、LiPF6、LiBF4)作为电解质材料,利用高能球磨法对材料混粉进行研磨,使之充分络合,并分析其在不同制备参数下材料导电性的变化。最终利用m(PEO)∶m(LiClO4)为10∶1,在球磨转速为250r/min、球磨时间为8h、球料比为7∶1时,所得材料导电性最佳。将所制备PEO-LiClO4与铝箔进行阳极键合,在键合参数为:预热100℃、预设电压800V、键合时间10min的条件下,键合质量良好,有过度层产生,这也是能键合成功的关键。说明所制备离子导电聚合物PEO-LiClO4满足阳极键合要求。

关键词： MEMS 封装阳极键合离子导电聚合物球磨制备

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阳极键合用微晶玻璃的组成与析晶性能

武汉科技大学学报 2007年第6期30卷 584-587页

作者：李宏曹欣何粲程金树武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室湖北武汉430070

以Li2O-Al2O-SiO2（LAS）系统微晶玻璃为研究对象，目的是开发新型微晶玻璃以代替现有的阳极键合用耐热玻璃。采用传统熔体冷却方法，研究以TiO2，ZrO2和P2O3为晶核剂，以Sb2O3为澄清剂，以含Na20，MgO，ZnO的Li20—Al2O3-SiO2系微晶玻... 详细信息

以Li2O-Al2O-SiO2（LAS）系统微晶玻璃为研究对象，目的是开发新型微晶玻璃以代替现有的阳极键合用耐热玻璃。采用传统熔体冷却方法，研究以TiO2，ZrO2和P2O3为晶核剂，以Sb2O3为澄清剂，以含Na20，MgO，ZnO的Li20—Al2O3-SiO2系微晶玻璃为基础组成，采用二步法热处理制度制备出符合阳极键合要求的微晶玻璃材料。利用X射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微分析（SEM）等测试技术对微晶玻璃的晶相和显微结构进行了测试与分析。结果表明，微晶玻璃的主晶相为p锂辉石或β-石英固溶体，热膨胀系数为（20．207～31．113）×10^-7℃^-1。

关键词：阳极键合微晶玻璃组成晶核剂析晶

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阳极键合用微晶玻璃的热处理温度研究

玻璃与搪瓷 2007年第4期35卷 1-5页

作者：李宏曹欣程金树武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室湖北武汉430070

阳极键合技术在几十年来得到了很大的发展。随着其使用范围的扩大和对键合强度要求的提高，对基片材料提出了新的要求。微晶玻璃是一种性能优异的材料，如果能与不锈钢进行键合，将在微机电系统得到广泛的应用。论文在前期工作的基础上... 详细信息

阳极键合技术在几十年来得到了很大的发展。随着其使用范围的扩大和对键合强度要求的提高，对基片材料提出了新的要求。微晶玻璃是一种性能优异的材料，如果能与不锈钢进行键合，将在微机电系统得到广泛的应用。论文在前期工作的基础上分别对微晶玻璃的核化和晶化温度进行了系统研究，通过XRD，SEM及相关的测试手段，分析讨论了热处理温度对主晶相、晶粒尺寸大小、析晶程度及其相关性能的影响。实验结果表明，样品的主晶相为Li2SiO3，合适的核化温度范围为450～630℃，晶化温度范围为670～760℃，样品的最大抗折强度为95．38MPa。

关键词：微晶玻璃阳极键合核化温度晶化温度

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金薄膜辅助玻璃与砷化镓阳极键合

微纳电子技术 2024年第1期61卷 153-159页

作者：张蕾阴旭刘翠荣刘淑文王强许兆麒太原科技大学材料科学与工程学院太原030024

采用磁控溅射技术在砷化镓(GaAs)表面沉积一层厚度为1μm的金薄膜,将其作为中间层成功实现了Borofloat(BF33)玻璃与GaAs的连接。阳极键合实验结果表明键合电流在短时间内达到峰值,之后迅速降低并且稳定在一个很小的数值范围内,且键合电... 详细信息

采用磁控溅射技术在砷化镓(GaAs)表面沉积一层厚度为1μm的金薄膜,将其作为中间层成功实现了Borofloat(BF33)玻璃与GaAs的连接。阳极键合实验结果表明键合电流在短时间内达到峰值,之后迅速降低并且稳定在一个很小的数值范围内,且键合电流峰值随着键合温度与键合电压的升高而增大。通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对玻璃-GaAs键合界面进行微观形貌观察。结果表明键合界面良好,在400℃、700 V的条件下,玻璃-GaAs键合强度可达到1.53 J/m^(2),且键合强度随着键合温度与键合电压的升高而增大。

关键词：阳极键合 BF33玻璃砷化镓(GaAs) 金薄膜键合界面

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片上电子源的真空阳极键合

真空电子技术 2020年第4期33卷 28-33页

作者：陶俊明刘文超郭等柱赵振征陈清魏贤龙北京大学电子学系纳米器件物理与化学教育部重点实验室北京100871 北京大学软件与微电子学院北京102600 北京大学(天津滨海)新一代信息技术研究院天津300451

本文介绍了一种新型片上微型电子源的真空阳极键合方法,以构建一个和片上微型电子源集成在一起的片上微型真空腔室。采用导线搭接的方法完成了硅玻璃交替的多层键合结构,实现了包含五层键合结构的片上微型真空三极管。使用氦质谱检漏仪... 详细信息

本文介绍了一种新型片上微型电子源的真空阳极键合方法,以构建一个和片上微型电子源集成在一起的片上微型真空腔室。采用导线搭接的方法完成了硅玻璃交替的多层键合结构,实现了包含五层键合结构的片上微型真空三极管。使用氦质谱检漏仪对键合界面进行真空漏率的检测,提出了一种可改善电极跨越键合界面引起界面漏气的简单方法。

关键词：阳极键合片上微型电子源微纳真空电子器件片上微型真空腔室