Pyrex玻璃與金屬陽極鍵合機(jī)理及界面結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的分析.pdf

1、陽極鍵合技術(shù)(anodic bonding)也稱之為靜電場連接是一種連接金屬、半導(dǎo)體與陶瓷材料的很重要的方法，也是MEMS封裝中常用的一種方法，隨著MEMS器件的發(fā)展，它在MEMS制造領(lǐng)域的地位越來越重要。本文運(yùn)用陽極鍵合技術(shù)，分別對(duì)玻璃-硅、玻璃-鋁以及玻璃-可伐合金的連接進(jìn)行了陽極鍵合試驗(yàn)，并在以上陽極鍵合試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了多層晶片鍵合技術(shù)，重點(diǎn)分析了陽極鍵合過程的鍵合機(jī)理及其工藝特性；采用光學(xué)顯微鏡、SEM、萬能材料拉伸試驗(yàn)機(jī)等儀

2、器分析了鍵合后界面結(jié)合區(qū)的微觀組織結(jié)構(gòu)、過渡區(qū)形成的機(jī)理以及鍵合試樣的力學(xué)性能。 研究認(rèn)為，在金屬與玻璃的陽極鍵合過程中離子擴(kuò)散和陽極氧化是實(shí)現(xiàn)成功鍵合的根本所在，在這個(gè)過程中電壓、溫度和表面光潔度是影響鍵合反應(yīng)的主要因素。溫度和電壓越高，在界面處的形成的化學(xué)鍵密度就越大，鍵合質(zhì)量就越高，在某種程度上電壓和溫度有一定的互補(bǔ)作用。在金屬與玻璃的鍵合界面處有明顯的過渡層產(chǎn)生，通過EDS分析發(fā)現(xiàn)在界面兩側(cè)元素處呈梯度分布，元素有明顯

3、的擴(kuò)散跡象。 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在玻璃與硅片的鍵合過程中氧離子的擴(kuò)散起主導(dǎo)作用，氧離子從玻璃中擴(kuò)散到硅基體中并同硅結(jié)合反應(yīng)形成過渡層，過渡層隨氧離子的不斷沉積而加寬；在玻璃與鋁箔的鍵合過程中氧元素向玻璃-鋁界面移動(dòng)的同時(shí)，鋁元素也同時(shí)向玻璃界面堿金屬離子耗盡層擴(kuò)散，最終鋁離子與玻璃耗盡層中的非橋鍵氧原子在界面發(fā)生氧化反應(yīng)，形成永久鍵合；在玻璃與可伐合金的鍵合過程中鐵、鈷、鎳都向玻璃中擴(kuò)散，而鐵元素更容易被氧化而形成化學(xué)鍵，可伐合金的表面

4、光潔度和表層組織是影響鍵合的關(guān)鍵所在。在以上試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)討論了多層晶片鍵合技術(shù)：公共陽極法和兩步法。綜合運(yùn)用這兩種方法可以實(shí)現(xiàn)三層或更多層晶片的連接。公共陽極法可以看作是兩個(gè)陽極鍵合的并聯(lián)，在鍵合過程中陽極兩側(cè)的陰極材料同時(shí)發(fā)生離子移動(dòng)并形成耗盡層，兩側(cè)的靜電場同時(shí)產(chǎn)生，進(jìn)而和陽極材料反應(yīng)并結(jié)合在一起。在兩步法中，第二次的鍵合電流變化趨勢和單純的陽極鍵合的電流變化趨勢幾乎一樣。在第二次鍵合過程中，鈉離子仍然可以向相反的方向移動(dòng)