脉冲电压对硅/玻璃阳极键合质量影响分析

采用脉冲电压对硼硅玻璃与硅进行了阳极键合试验,结果表明采用脉冲电压能有效缩短硅/玻璃阳极键合时间并能适当降低键合温度。通过拉伸试验表明键合强度能达到预定强度要求,通过扫描电镜对键合界面的微观界面进行分析:表明玻璃/硅的键合界面有较明显的中间过渡层生成;通过分析:认为在玻璃/硅进行阳极键合过程中,脉冲电压产生的脉冲电场力对玻璃Na~+耗尽层中的O~(2-)向界面迁移扩散起到了反复驱动的作用,促进了O~(2-)向阴极表面迁移,增加了界面键合效率,缩短了硅/玻璃阳极键合时间,并降低了键合温度,从而促进了过渡层的形成。     

聚合物多层微流控芯片超声波键合界面温度研究

针对聚合物多层微流控芯片键合,采用热辅助超声波键合方法实现了4层微流控芯片的键合,搭建了多界面温度测试装置,采用埋置热电偶的方法测试了三个被封接界面的温度场,研究了单独超声波作用和热辅助超声波键合法中各界面的温度并进行了比对.温度测试实验结果表明,在顶层热辅助温度70℃、6μm振幅、30kHz频率、100N超声波焊接压力和25s超声波作用时间下,基于热辅助的多层超声波键合方法可以使各键合界面的温度基本一致,从而实现多层微流控器件的多个界面键合质量一致.本文的研究为聚合物微流控器件的超声波多层键合机理研究提供了有益借鉴.     

硼硅玻璃与硅阳极键合界面形成机理分析

对硼硅玻璃与硅进行了阳极键合实验,通过扫描电镜对键合界面的微观结构进行分析表明:玻璃/硅的键合界面有明显的中间过渡层生成;分析认为电场力作用下玻璃耗尽层中的氧负离子向界面迁移扩散并与硅发生氧化反应是形成中间过渡层的主要原因,而界面过渡层的形成是硅/玻璃界面键合实现永久连接的直接原因.     

InP/GaAs低温键合的新方法

通过对 InP/GaAs 异质键合实验方法的研究,提出了包括表面活化处理、真空预键合和退火热处理的三步法,在350℃低温下实现了InP/GaAs异质材料的键合。界面电流 电压(I V)特性的研究表明,350℃样品的界面过渡层极薄,电子主要以隧穿方式通过界面,而450℃的扩散使得过渡层增厚,界面电流 电压特性可视为双肖特基二极管的反向串联。同时,对键合样品也进行了拉力测试,实验结果表明 450℃样品的键合强度优于350℃样品。最后,对InP/GaAs异质材料的键合机理进行了探讨。     

Al-Ni超声楔焊中输入功率与界面键合的特征分析

为了研究超声键合中在超声能量作用下金属间形成键合界面而构成键合力的机理,确定金属间吸收的超声能量与形成的界面质量的关系,在超声楔焊键合试验中,对Al-Ni楔焊通过改变焊接参数而获得完全键合和半键合的界面,并对其界面特征进行扫描电镜测试分析;同时,利用示波器采集超声键合机焊接时的电信号,分析了PZT驱动的输入阻抗和功率特性,并与界面质量对比.研究结果表明:超声键合而形成的Al-Ni界面为中央未键合的椭圆界面;相同参数条件下,一焊输入阻抗和吸收功率大于二焊,一焊的界面质量也高于二焊.     

键合丝键合界面研究进展

采用引线键合技术对集成电路进行封装时,键合丝与Al焊盘存在异质界面问题,对电子器件的使用性能有很大的影响。本文综述了键合参数、界面金属间化合物(IMC)演变行为及工作环境等方面对界面键合强度和可靠性影响的研究进展,并展望了未来发展前景。     

激光辅助阳极键合方法及实验研究

为了提高MEMS微器件成品的封装质量和效率,本文自主设计了新型的激光辅助阳极键合技术系统,并将其运用于硼硅玻璃BF33与硅的键合实验,成功实现了硅与玻璃在低功率下局部区域的完好键合.采用扫描电子显微镜对键合样本界面的微观结构进行分析,结果表明:在玻璃/硅的键合界面有明显的过渡层生成.使用能谱仪测定玻璃基体、过渡层以及硅层所含的化学元素种类及其质量分数,通过对比分析认为:激光在键合层的致热温度和界面区的强电场导致硼硅玻璃耗尽层中的氧负离子向键合界面迁移扩散,并与硅发生氧化反应形成中间过渡层,而该界面过渡层的形成是实现玻璃/硅键合的基本条件.该种新型键合技术操作简单、速度快、灵活性高,可以针对不同键合材料实时调整激光功率、行走速度、扫描时间等参数,可广泛应用于MEMS封装器件中硅与玻璃的键合.     

InP/GaAs异质键合界面的XPS研究

用直接键合技术在480℃实现了InP/GaAs的异质键合,用X射线光电子谱研究了样品的界面化学态.研究分析表明,InP/GaAs样品在480℃的键合过程中发生相互扩散(除P外),键合界面处形成了由InP、GaAs、InAs和GaP构成的中间过渡层,过渡层厚度约为6nm.     

B270玻璃-TC4钛合金热压阳极键合连接工艺研究

采用了热压-阳极键合复合连接工艺对B270玻璃/TC4钛合金进行连接,分析了真空热压参数对B270玻璃/TC4钛合金连接界面结构、结合效果的影响,并研究了B270玻璃/TC4钛合金的阳极键合工艺,分析了不同键合工艺参数下的工艺特征。结果表明,当对应的真空热压参数为:T=750℃,t=2 h,P=0.5 MPa,当键合温度T在350~550℃,电场电压V在500~700 V时,有最佳的连接效果。键合界面结构分析发现,整个键合区域是由玻璃-中间过渡层-TC4钛合金的结构组成,界面两侧的化学元素呈梯度分布。     

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.     

The New Method of Semiconductor Devices Production by Wafers Direct Bonding

Problems of a new technological process of multilayer silicon structure formation by direct bonding of silicon wafers (SDB) are reviewed. The main accent is made on the consideration of possible mechanisms of semiadhesive bonding of silicon surfaces at low-temperature and high-temperature steps of the bonding process. Issues regarding the quality of multilayer structures such as absence of voids, crystal structure peculiarities of the bonding interface, and electrical properties of the device layers are presented. Examples of applications of the SDB multilayer structures in device fabrication are shown. The review includes both the consideration of principal reports on the subject and the author's experimental results.     

Wafer Scale Solventless Adhesive Bonding with iCVD Polyglycidylmethacrylate: Effects of Bonding Parameters on Adhesion Energies

Initiated chemical vapor deposition (iCVD) polyglycidylmethacrylate (PGMA) thin films are investigated as adhesives for wafer‐scale bonding of 300 mm silicon substrates and demonstrated to form highly uniform, void‐free bond interfaces. The effects of bonding temperature and pressure on critical adhesion energy (G_c) between iCVD PGMA and silicon are studied using the four‐point bend technique. G_c values can be varied over an order of magnitude (0.59–41.6 J m⁻²) by controlling the bonding temperature and the observed dependence is attributed to changes in the physical (diffusion) and chemical (crosslinking) properties of the film. Thermal degradation studies using spectroscopic ellipsometry reveal that the iCVD PGMA films can crosslink when annealed above 120 °C in air. Further, changes in polymer behavior associated with annealing temperature are demonstrated to influence the crack propagation interface between the bonded substrates. These findings demonstrate the feasibility of iCVD polymer films for both temporary “thermoplastic,” and permanent “thermoset” bonding with potential applications in 3D integrated circuit technologies.     

固体电解质(玻璃)与硅的阳极连接机理及界面分析

固体电解质(玻璃)与硅片通过阳极连接可以实现良好键合.采用SEM和EDS对界面结构进行了分析.连接的过程与由耗尽层产生的静电场力有紧密关系,通过建立的模型分析了电场力产生的原因.实验表明:温度、压力、连接时间、表面光洁度、电压是影响连接质量的重要因素,优化连接参数是形成良好连接界面的前提.     

SiC陶瓷表面处理工艺对SiC-AFRP界面粘接性能的影响

为提高SiC陶瓷-芳纶纤维增强树脂基复合材料(SiC-AFRP)的界面粘接性能,研究了陶瓷腐蚀工艺、偶联剂处理工艺、粘接剂种类对SiC-AFRP界面剥离强度的影响。结果表明:SiC陶瓷表面腐蚀工艺和偶联剂处理工艺能有效提高SiC-AFRP界面粘接性能。陶瓷经K3Fe(CN)6与KOH混合腐蚀液浸泡2h,使用乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂偶联化处理后,SiC-AFRP的界面剥离强度由0.45kN/m提高至2.20kN/m;VA含量15%(质量分数)的EVA热熔胶膜是理想的界面胶黏剂。     

一种硅芯片/玻璃环静电键合的简易装置

随着微机电系统(MEMS)技术的发展,促进了半导体硅压阻式压力传感器低成本和集成化,使其得到了广泛应用;在压阻式压力传感器无应力封装工艺中,硅芯片/PYREX7740玻璃环静电键合起着重要的作用.本文论述了静电键合基本原理,以此研制了适合于大批量生产的静电键合简易装置,实践表明此装置易操作,施加键合静电电压降为160V,键合时间缩短为约2分钟,键合界面具有较大的封接强度和耐高温冲击性,满足了压力传感器制作的无应力封装的需要,具有实用性.     

层状复合材料界面结合强度非传统评价方法

简要总结了层状复合材料界面结合强度的非传统评价方法。非传统界面结合强度评价方法包括:波振法(激光层裂法、应力波法、超声波法、电磁波法)、划痕法(激光划痕法)、辅助分析法(X射线衍射法、有限元法、解析法)和其他方法(电阻法)。波振法是将载荷以冲击波的形式施加在界面位置处,实现复层和基体分离。划痕法是将高能激光作用于复层,分离界面,实现界面结合强度的测量。电阻法通过建立界面电阻和界面强度之间的关系,评价界面结合强度。与传统界面评价方法对比,非传统评价方法有特殊优点:对材料的破坏程度小,有效抑制材料的弹塑性变形,测得界面强度接近界面本征强度。但非传统法也仍存在一些亟待解决的问题,随着新材料的不断出现,需要不断改进现有测试方法,使界面结合强度评价方法向着简单易行、无损、自动化的方向发展。     

双金属热轧复合的界面结合影响因素及结合机理

在综合了不同材料热轧复合的实验基础上,分析了双金属热轧复合过程中不同工艺条件对结合质量的影响.结果表明:轧制前清除材料表面的覆盖膜有助于轧制过程中形成结合点;轧制过程中适当的轧制温度和轧制压下量能大量消除轧制过程中在金属表面形成的氧化膜,从而使组元材料能形成机械结合;在热烧结过程中,原子通过界面扩散可以消除轧制过程中由于界面微观不平整形成的空洞,同时通过原子间的相互作用使组元材料间形成冶金结合.依据固相结合理论分析得出,双金属热轧复合的界面结合过程包括:金属间物理接触形成机械结合阶段,原子通过化学作用形成化学键及通过界面扩散消除空洞的冶金结合阶段,以及互扩散阶段.     

Bonding thermosprayed silicon to glass-ceramic

Many materials, among them silicon, fail to form adherent coatings when thermosprayed onto smooth oxide glasses and glass-ceramics. Mechanical bonding is usually possible if the substrate surface is abraded before spraying, but this process also weakens the crack-sensitive substrate. This paper gives the results of examining alternate surface preparations which create a roughened substrate without the usual weakening of the finished article. The methods rely on the ability of mechanically damaged glass articles to heal, i.e. to decrease the flaw population during crystallization. The surface roughness essential to the mechanical bond is produced when the article is in the green or glassy state, and in a subsequent processing step the glass is converted to glass-ceramic by a crystallization heat treatment. The simplest application is the fabrication of roughened durable ceramic substrates for spraying after the crystallization step. Profilometry and measurements of silicon metal coating adhesion to a lithium aluminosilicate glass-ceramic indicate that for hard glasses the crystallization step does not reduce the surface roughness. When high temperature materials are to be used as coatings, the spraying step can be performed while the substrate in the glassy state, and then the entire article is subjected to the crystallization heat treatment. For a silicon-coated glass-ceramic, this method produces significantly improved adhesion over simple mechanical bonding.     

K_4玻璃与Si片的阳极焊

介绍了K4 玻璃与硅的阳极焊过程 ,分析了阳极焊的结合机理并考察了温度和电压对焊接过程的影响。结果显示 ,在适宜的温度和电压下 ,可获得良好的K4 玻璃 硅片焊接接头。焊接温度为 30 0～ 40 0℃、焊接电压为 70 0～ 80 0V时 ,焊合率较高 ,且焊接接头的拉伸强度高于母材的拉伸强度。K4 玻璃良好的离子导电特性 ,使其能够在低温和电场作用下与硅片产生良好的连接     

Effects of Silicon Nanoparticles on the Transient Liquid Phase Bonding of 304 Stainless Steel

Transient liquid phase （TLP） bonding of 304 stainless steel with nickel based filler metal, BNi-9, was performed to study the influence of silicon nanoparticles （NPs） on the mechanical and structural properties of the bonding area. It was found that silicon NPs act as a melting point depressant in the brazing process; the formation of silicon TLP induces the dissolution of elements of the metal filler and promotes a uniform distribution in the bonding area. Silicon NPs induce the development of smaller eutectic structures in the melting zone; it has been related to microhardness measurements, which are lower when the silicon NPs are used in the brazing process.