Pyrex玻璃／铝多层阳极键合界面结构与力学分析

采用公共阳极法实现了Pyrex玻璃与铝多层晶片的静电键合,对玻璃/铝/玻璃阳极接舍界面的组织结构及其连接机理和力学特征进行了重点研究.分别利用微拉伸测试设备和ANSYS软件分析了连接区的力学性能和残余应力分布特征.分析认为键合区由玻璃一过渡层一铝组成,过渡层为Al2O3-SiO2复合氧化物.玻璃/铝界面的微观组织和元素分布均以铝为对称轴呈对称分布.在玻璃/铝/玻璃多层连接区,键合界面附近的残余应力和应变呈对称分布,多层结构的对称性有利于缓解接头应变和应力,表明应用公共阳极法可实现多层玻璃/铝/玻璃的良好键合.     

Pyrex/A1多层静电键合界面力学特征分析

采用公共阳极法实现了多层Pyrex玻璃与铝箔晶片的静电键合,采用MSC.MARC非线性有限元分析软件,对两层和3层Pyrex/Al键合件的界面残余应力及变形等力学特征进行对比分析。由于玻璃/铝/玻璃3层阳极键合试件的对称结构,键合界面附近的残余应力和应变均呈对称分布而有利于减缓变形。试件最大等效应力值均位于靠近连接界面的过渡层,使该部位成为阳极键合的薄弱环节。研究结果对于MEMS器件的精密封装工艺质量控制具有重要的意义。     

一种避免静电黏附失效的低应力阳极键合技术

基于阳极键合过程中的静电吸合效应,提出了一种可避免静电黏附失效的低应力阳极键合技术.采用湿法腐蚀技术制作了梯形截面的硅梁结构和对应的Pyrex玻璃基底,理论分析了该结构的静电吸合电压并进行了实验验证.采用铝/铬作为玻璃基底的电极层,铬作为中间层,从而阻止阳极键合发生.由于在键合过程中形成的铬氧化物为导体,所以硅与玻璃之间的静电场消失,从而阻止了玻璃中的O2-等负离子向硅移动,避免了静电黏附失效;采用Al作为主要电极层,可以保证电极的电学特性.采用了逐步升压法,首先在200 V低电压条件下进行预键合,使结合面具有一定的连接强度,然后再提升键合电压至400 V进行强化键合,在充分保证键合强度的前提下,静电力作用下的结构变形仅为400 V恒压模式下的1/4,减小了静电力对键合结构产生的影响,有效改善了键合过程中产生的残余应力.     

铝与玻璃的多层键合

铝与功能玻璃的阳极键合技术以其显著的特点:焊接温度低(低于材料的软化温度),工件变形小,工艺过程简单,使得由于热膨胀而带来的材料热物理性能不匹配问题得以缓解,是自动化工业、生物医药应用、太阳能电池板及航天航空工业领域的特殊器件生产的关键技术之一。本文简要介绍了铝与玻璃多层阳极键合的工艺,分析了阳极键合的机理:离子扩散和阳极氧化是实现键合的主要原因。     

硅玻璃阳极键合绝压压阻式压力传感器中的残余应力

硅玻璃阳极键合技术因键合强度高,工艺简单而成为低成本绝压压力传感器的主要封装技术.但由于常规的硅玻璃阳极键合需要在相对较高的温度下进行且材料之间不可避免的热膨胀系数失配将产生较大的残余应力.实验采用有限元方法对硅玻璃阳极键合进行了系统的力学分析以减小残余应力对器件性能的影响.实验中采用硅玻璃阳极键合技术制备了不同压敏膜厚度和尺寸的传感器并测试其曲率与零点以对残余应力进行分析验证.     

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.     

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.     

阳极键合研究现状及影响因素

为了提高键合质量、优化键合材料,促进阳极键合技术在工业生产中的应用,本文以“硅/玻璃”的阳极键合为例,阐述了阳极键合作为新型连接工艺的键合机理及工艺过程,介绍了现阶段阳极键合在国内外工业生产中的应用实例及相关研究,尤其是在微电子封装领域所展现的杰出应用前景,同时结合阳极键合过程中对键合参数、材料处理等要求,给出了影响键合质量的各种因素,以及在键合过程中常出现的问题及其解决办法.本文立足于键合机理及键合工艺过程,结合不同材料特性,重点阐述了阳极键合这一新型连接工艺的国内外研究现状及影响键合的因素,为进一步提高键合质量、优化键合工艺、开发新的键合材料等提供理论依据.     

一种新型微变形镜键合技术

对一种新型可变形反射镜加工中的硅-玻璃阳极键合工艺进行了研究。设计了一种通过导线将压焊点引至键合区的特殊结构,使得键合过程中台柱与驱动电极保持等电势,从而有效避免了电极和结构之间的相互作用所引入的缺陷,使得最终获得的驱动电极的有效面积接近100%。针对键合前后气体体积收缩导致的镜面凹陷问题,提出在玻璃上加工出贯穿器件的浅槽结构。实验结果表明,在380C,1atm的环境下施加-1000V电压进行阳极键合时,当浅槽深度大于200nm时,将获得较好的镜面质量。     

面向超高温压力传感器的SiC-SiC键合方法

为了实现耐高温压力传感器SiC腔体的制作,分别利用高性能陶瓷胶、旋涂玻璃和金属Ni等3种材料作为键合层,研究了SiC-SiC键合工艺.扫描电子显微镜和键合拉伸强度实验结果表明,这3种材料的键合层均可以成功应用于SiC-SiC键合,其中高性能陶瓷胶键合层厚度为20~30μm,键合强度可达4 MPa;旋涂玻璃键合层厚度为2μm左右,键合强度约1.5 MPa;金属Ni键合层厚度为1μm,键合强度约为0.5 MPa.     

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     

智能剥离技术制备单晶 SOG材料的研究

结合中等剂量的氢离子注入和阳极键合(Anodic bonding)，利用智能剥离技术(Smart—cut)成功转移了一层单晶硅到玻璃衬底上。采用剖面透射电镜、高分辨透射电镜、扫描电镜和拉曼光谱等对SOG材料进行了研究，结果表明此技术制备的SOG材料具有界面陡峭、平整，顶层硅单晶质量完好等优点。     

应用于聚合物复合弹性体柔性封装的阳极键合

采用预聚体法制备了三种应用于阳极键合柔性封装的聚合物复合弹性体(PEO-PUEs)阴极材料,并在室温下浇注固化。PEO-PUEs复合材料具有良好的耐热性和柔顺性,5%热分解温度T_d,5%高于250℃,玻璃化转变温度T_g低于-40℃,且力学性能良好。当1,4-丁二醇(BDO)含量为50wt%、三羟甲基丙烷(TMP)含量为50wt%、SiO₂含量为1wt%时,PEO-PUEs复合材料在阳极键合温度下(65℃)具有较高的离子导电率,PEOPUEs复合材料的离子导电率最高可达1.50×10^-3 S·cm^-1,符合阳极键合对阴极材料的要求。设计了专用于聚合物复合材料的热引导动态场阳极键合工艺,并成功应用于PEO-PUEs复合材料与Al箔的阳极键合连接,当BDO含量为50wt%、TMP含量为50wt%、SiO₂含量为1wt%时,PEO-PUEs复合材料和Al箔阳极键合的连接性能最好,键合界面拉伸强度达1.26 MPa。通过与传统阳极键合工艺对比,热引导动态场阳极键合具...     

PEG基复合固体电解质与Al的阳极键合性能研究

为了探究PEG基固体电解质与金属的阳极键合性能,本文以聚乙二醇(PEG)为基体,引入LiClO4提供导电粒子,并采用纳米颗粒(CeO2、SiO2)对其络合物进行改性,制备了PEG基复合固体电解质(PEG)10LiClO4-SiO2和(PEG)10LiClO4-CeO2,研究了其与铝的阳极键合性能.通过交流阻抗、X射线衍...     

金属铝与K_4玻璃阳极焊的研究

在大气中对金属铝与K4玻璃进行了阳极焊焊接试验 ,并且分析了焊接过程的影响因素 ,热膨胀系数差异对异种材料阳极焊焊接质量有着重要的影响 ,发现金属铝与K4玻璃在大气环境下具有可焊性。利用扫描电镜 (SEM)、透射电镜 (TEM)和X射线衍射 (XRD)等手段对界面的微观结构进行分析 ,认为在K4玻璃与金属铝的结合面处形成了以Al2 SiO3或Si、Al、Zn、O、Na组成的复合物为主的过渡层 ,将K4玻璃与金属铝连接在一起     

两步电沉积法制备HA-Ti/HA复合涂层的研究

为了提高金属基羟基磷灰石（HA）涂层的结合强度,采用复合电沉积一电沉积两步法在含Ti粉的钙磷电解液中制备HA—Ti／HA复合涂层,对涂层的组分结构、表面形貌、热稳定性、结合强度和生物活性进行了研究．实验结果表明：两步法制备的底层为HA—Ti复合涂层,外层为纯HA涂层的HA—Ti／HA复合涂层既提高了涂层的结合强度,又保证了涂层的生物活性．当涂层中Ti粉的质量分数为51．2wt％时,涂层与基体的结合强度达到21．2MPa,约为纯HA涂层的3倍．模拟体液浸泡7天后,涂层表面即被一层球状碳磷灰石覆盖,具有良好的生物活性,与纯HA涂层相比,复合涂层具有更好的耐蚀性能．