基于中间硅片厚度可控的三层阳极键合技术

三层键合Glass-Silicon-Glass(GSG)结构在光MEMS、微惯性器件、微流体芯片、射频MEMS以及低成本圆片级封装技术领域里是一项重要技术.基于MEMS精密研磨抛光工艺和阳极键合,结合新型玻璃通孔的腐蚀工艺,开展了中间硅片厚度可控的三层阳极键合工艺研究,成功制备了带有通孔的GSG微流体器件.总厚度1360μm,中间硅片厚度60μm,通孔直径100μm,孔间距(圆孔的中心距离)200μm,孔内边缘圆滑无侧蚀.三层结构的键合几率为90%,为探索多层键合技术打下坚实基础.     

基于SU-8负胶的微流体器件的制作及研究

采用SU-8结构释放并键合玻片制作了多层结构的微流体芯片,探讨了影响芯片气密性和沟道堵塞的因素,并通过荧光显示验证,提供了一种快速、低成本的塑性微流体器件制作方法.     

利用水溶性纳米线制备微纳流体系统(英文)

在本课题的研究中,提出了一种利用水溶性钼酸钠铵纳米线和纳米探针系统来制备微纳流体系统的方法.借助这种方法可制备长度、直径以及横截面可控的的纳米通道.对于选用SU-8和聚二甲基硅氧烷(PDMS)两种材料组合而成的微纳流体系统而言,氧等离子处理可以很大程度上提高二者的键合强度并增加材料表面的亲水性.这种微纳流体器件在应用于离子输运、生物分子分离和其他相关研究上具有较大的发展前景.     

行波压电微泵的制作和测试(英文)

微泵是微流体芯片发展水平的重要标志.为提高微泵的工作性能,提出了一种新型行波驱动的压电微泵.在设计了不同的微管道结构(锯齿形微管道和直微管道)的基础上,对压电执行器和微管道进行仿真分析和优化设计.采用热键合工艺制作具有不同微管道的微泵,在不同频率的驱动信号下测定行波微泵的频率特性,同时也测量了微泵流速与背压的关系曲线以及电压幅值特性.相比于直管道微泵,锯齿形管道微泵具有更好的工作性能,在26 V驱动电压下,其最大平均流速和背压分别达到33.36μL/min和1.13 kPa.     

聚合物微流控芯片超声波微熔融键合方法

为了将超声波聚合物焊接技术更好地应用于聚合物微流控芯片的键合,提出基于界面微熔融的聚合物微流控芯片超声波键合方法.设计了适用于该方法的导能筋结构,在合理的键合工艺参数控制下使导能筋结构材料不发生熔融流延,通过键合界面软化润湿来实现对微流控芯片微通道的密封连接.实验结果表明,键合时间仅为0.09 s,键合后微通道的承压能力可达6个大气压,满足微流控芯片的使用要求.面接触导能筋可采用机械加工或注塑方法获得,具有良好的产业化应用前景.     

基于Sn/Bi合金的低温气密性封装工艺研究

研究了采用Sn/Bi合金作为中间层的键合封装技术.通过电镀的方法在基片上形成Cr/Ni/Cu/Sn、芯片上形成Cr/Ni/Cu/Bi多金属层,在513K、150Pa的真空环境中进行共晶键合,键合过程不需使用助焊剂,避免了助焊剂对微器件的污染.实验表明:这种键合工艺具有较好的气密性,键合区合金层分布均匀,无缝隙、气泡等缺陷,键合强度较高,能够满足电子元器件和微机电系统(MEMS)可动部件低温气密性封装的要求.     

基于局部溶解性激活的聚合物微流控芯片超声波键合

利用低于临界振幅下的超声波作用在聚合物上仅产生表面热的特点,结合PMMA在异丙醇(IPA)中的温变溶解特性,提出了一种基于局部溶解性激活的超声波聚合物微流控芯片键合方法.理论分析表明当超声振幅小于临界振幅时,只有器件接触表面产生局部表面热,而且在70℃附近IPA对PMMA的溶解性才具有良好的激活作用.在试验研究中,利用精密加工法和热压法制作了带面接触式导能筋结构和80μm×80μm微通道的PMMA微流控芯片基片.在超声振幅为13μm、键合时间8 s、键合压力300 N的条件下进行了键合试验.结果表明,芯片拉伸强度达2.25 MPa,微通道的承压能力超过800 kPa,键合后导能筋无熔融,微沟道变形率小于2%,键合时间仅为8s.该方法的键合强度和键合效率明显高于传统的键合方法,而微结构的变形率却较小,故可作为一种具有产业化前景的聚合物MEMS器件快速封接方法.     

微纳米级键合强度分析(英文)

本文主要研究了微米/纳米尺度的键合技术和键合强度,给出并发展了基于MEMS技术的微米/纳米键合分析模型.为提取微米/纳米键合面积的最大剪应力和压应力,设计、制备和测试了一系列单晶硅悬臂梁结构.并使用理论公式和ANSYS有限元模拟对实验结果进行了分析.键合强度可以分为扭转和剪压表征两部分.根据测试值可得,最大抗扭强度为1.9×109μN.μm,最大压应力为68.3 MPa.     

热键合制作Yb:Y3Al5O12/Y3Al5O12复合晶体

采用热键合技术制备了Yb:Y3Al5O12/Y3Al5O12(Yb:YAG/YAG)复合晶体,对复合晶体进行了结构表征和键合质量检测.利用光学显微镜和扫描电镜观察了复合晶体横截面的形貌;在偏光显微镜下观察键合区域的应力,利用干涉条纹来表征复合晶体的光学均匀性;通过红外透过光谱的测量来检测复合晶体的键合质量.实验结果表明:热键合技术制备的Yb:YAG/YAG复合晶体键合界面处无界面缺陷,不存在复合界面空间过渡层,光学均匀性良好.     

热压键合工艺参数对微流控芯片微通道尺寸变形的影响

为减小环烯烃共聚物(COC)芯片热压键合过程中微通道的变形量,采用单因素实验研究了热键合参数对COC芯片微通道变形的影响规律,为键合参数的设置提供一定的理论指导。研究结果表明,键合参数对芯片微通道的变形有较大影响,键合温度的影响最大,对应的变形量最大极差为20.76,键合压力次之,键合时间的影响最小,对应的最小极差为5.04μm,且与连续相相比,键合参数对COC芯片微通道离散相尺寸变形影响更为显著;在热键合过程中,温度和压力过高会使芯片微通道产生永久变形甚至毁坏芯片微结构,为减小变形,可适当地降低键合温度和压力,延长键合时间来弥补键合不完全的问题。     

大面积Inconel625薄壁双面肋加强板爆炸焊接研究

中国新型核聚变实验堆HL-2M的真空室需要一种内含密闭流体通道的inconel625薄壁双面肋加强板,其难以采用常规加工工艺制备。本文在爆炸焊接装药参数计算与优化、复合支承模板设计、模板设置与脱模技术、双面分步爆炸焊接和应力退火工艺等方面开展试验研究,成功制备了该双面肋加强板,并对其进行了显微金相、电镜扫描、显微硬度检验和力学试验。检验结果表明：结合界面附近金属组织晶体细密,实现了冶金结合;界面的剪切强度超过母材的强度;界面附近组织的显微硬度明显提升。     

某型陶瓷锥体断裂分析

某型雷达天线罩的陶瓷锥体在静强试验中发生断裂。通过采用扫描电镜对断口进行宏观和微观检验分析了断裂的原因。结果表明:陶瓷锥体发生了脆性断裂,这是由于粘接处理不当所致。     

XPS and TEM study of W-DLC/DLC double-layered film

A double-layered film of tungsten-containing diamond-like carbon (W-DLC) and DLC, (W-DLC)/DLC, was investigated. A film of 1.6 µm in thickness was deposited onto silicon substrate. The investigate double-layered coating was deposited by using the combination of PECVD and co-sputtering of tungsten metal target. Structure, interface and chemical bonding state of the investigated film were analyzed by Transmission electron microscope (TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). From the results of the analyses, the structure of double-layered film is that amorphous phase of carbon is continued from DLC to W-DLC and tungsten metal clusters are dispersed in W-DLC layer.     

铜/钢爆炸焊接头界面组织及力学性能研究

为了揭示铜/钢爆炸焊接的结合机理,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和纳米压痕仪等对T2纯铜/Q245钢爆炸焊接头结合界面组织和微力学性能进行了分析.结果表明:T2纯铜/Q245钢爆炸复合板结合界面呈现较规则的正弦波形,界面结合良好,界面处原子发生强烈扩散,形成了过饱和铜钢固溶体;界面不同区域固溶体微力学性能不同,纳米硬度在2.02~3.08 GPa,弹性模量在129.6~172.1 GPa;由界面弹性模量分布云图可知,固溶体层连续分布在界面上,由于界面原子扩散程度不同,部分区域的固溶体层厚度很薄,在光镜下很难识别,而在波峰处固溶体则比较明显.固溶体的弹性模量均比铜基体的大,其原子键合强度强于铜基体原子,在一定程度上增强了界面的结合强度,从而使界面的结合强度高于铜基体;爆炸焊接头的拉剪试验断裂位置均位于铜侧,也证实了界面结合强度高于铜基体的强度。     

基于网络结构设计制备宽温域高阻尼聚氨酯弹性体

从网络结构角度出发,设计以聚乙二醇单甲醚(mPEG)与甲苯2,4-二异氰酸酯(TDI)反应所制得预聚体为悬挂链,聚酯二元醇和TDI反应制得预聚体为弹性链,超支化H201作为交联扩链剂制备无规网络结构的聚氨酯弹性体。采用动态力学分析仪、原子力显微镜以及正电子湮没寿命谱等表征其结构与性能,从自由体积、微相分离、氢键作用等结构与性能之间的关系深入探讨聚氨酯宽温域高阻尼机理。研究结果表明,随着悬挂链含量增加,R值(n(-NCO)/n(-OH))减小,聚氨酯的微相分离程度降低,相容性增加,氢键作用增强,自由体积增大,聚氨酯的有效阻尼(tanδ≥0.3)温域可达175℃(-60~115℃),为一种基于网络结构设计的新型聚氨酯阻尼材料。     

Phase identification of micro and macro bubbles at the interface of directly bonded GaAs on sapphire

Direct wafer bonding (DWB) of 3 GaAs and R-cut sapphire was performed in a microcleanroom using ultra pure water as cleaning agent. The initial bonding is mediated by Van der Waals forces and hydrogen bridges. The bond energy is released by subsequent heating up to temperatures of 500°C. During heating the formation of macroscopic bubbles at the interface was observed. Details of the interface structure were investigated by cross-sectional as well as plan-view transmission electron microscope (TEM) micrographs. The chemical composition of the elements at the interface was measured by energy dispersive X-ray analysis (EDX) and electron energy loss spectroscopy (EELS). A high density of micro bubbles in bonded areas, a network of micro channels in the transition region and macro bubbles in debonded areas could be distinguished. The macro bubbles are filled with a porous oxide. X-ray diffraction (XRD) and selected area electron diffraction (SAED) revealed the growth of textured -Ga2O3 and elemental arsenic. © 1998 Chapman & Hall     

使用SPM的纳米级加工技术新进展

扫描探针显微镜(SPM)现在不仅用于表面微观形貌的检测，同时也用于纳米超精密加工和原子操纵，该文介绍了用STM和AFM进行纳米级加工的各种最新方法：针尖直接雕刻，针尖光刻加工，局部阳极氧化，原子沉积形成纳米点，原子去除形成沟槽微结构，多针尖加工，原子自组装形成三维结构等．使用SPM的纳米级加工对发展微型机械、纳米电子学和微机电系统具有重要意义．     

HT300/7CrMnSiMoV双金属复合铸造汽车模具组织性能的研究

采用扫描电镜、显微硬度计、Instron-3382型力学性能试验机等,对双液复合铸造铸件的界面结合情况、微观组织和力学性能进行研究。结果表明:采用合理的铸造生产工艺,成功制备了满足使用性能要求的HT300/7CrMnSiMoV双金属汽车模具铸件,其复合界面清晰、致密,无明显缩孔、缩松等铸造缺陷;复合界面由钢基体区、过渡区和铁基体区3个区域组成。过渡区呈犬牙状/锯齿形结构,过渡层厚度约为400μm,界面附近Cr和Si元素呈梯度分布,两种合金冶金结合状态良好;复合界面两侧显微硬度呈梯度分布,其抗拉强度达到339 MPa,断裂位置出现在灰铸铁一侧,双金属界面的结合强度高于灰铸铁。     

基于纳米压痕法的民机复合材料胶接维修界面微区力学性能研究

胶接维修是民机碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)结构的重要维修方式,而胶接界面微观结构及微区力学性能几乎决定了胶接维修效果及耐久性。以共固化胶接维修试样为基础,以维修试样的界面微区为研究对象,采用扫描电镜(SEM)对界面微区形貌进行分析;采用纳米压痕仪对界面微区的微观力学性能进行测试,主要表征界面微区不同位置的微观硬度、模量及加载-卸载曲线。研究结果表明,胶接维修界面存在过渡区域,其宽度约为2μm;维修母体与补片中纤维的微观力学性能并无太大差异;但由于固化成型工艺不同(母体为热压罐工艺,补片及胶膜为真空袋工艺),母体树脂的硬度与弹性模量略高于补片树脂。     

钛/钢双立式爆炸焊接参数优化

为解决大面积钛/钢爆炸焊接窗口窄,在结合区易出现"过熔"和"射流堆积"等微观缺陷的问题,开展了双立爆炸+轧制综合制造技术,进行了低爆速爆炸焊接用炸药试验优化,发明了一种最低临界爆速爆炸焊接用炸药,设计确定了刚性防护板和柔性防护墙构成的双立综合防护结构及参数,研究了钛/钢爆炸焊接装药厚度窗口.结果表明,双立钛/钢复合板结合界面成波状结合,几乎不存在金属熔化、漩涡等微观缺陷.