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陽極鍵合研究現狀及影響因素

來源:職稱閣分類:電子論文 時間:2019-08-23 10:03熱度:

  為了提高鍵合質量、優化鍵合材料,促進陽極鍵合技術在工業生產中的應用,本文以“硅/玻璃”的陽極鍵合為例,闡述了陽極鍵合作為新型連接工藝的鍵合機理及工藝過程,介紹了現階段陽極鍵合在國內外工業生產中的應用實例及相關研究,尤其是在微電子封裝領域所展現的杰出應用前景,同時結合陽極鍵合過程中對鍵合參數、材料處理等要求,給出了影響鍵合質量的各種因素,以及在鍵合過程中常出現的問題及其解決辦法.本文立足于鍵合機理及鍵合工藝過程,結合不同材料特性,重點闡述了陽極鍵合這一新型連接工藝的國內外研究現狀及影響鍵合的因素,為進一步提高鍵合質量、優化鍵合工藝、開發新的鍵合材料等提供理論依據.

陽極鍵合研究現狀及影響因素

  關鍵詞:陽極鍵合;鍵合工藝;鍵合應用;研究現狀;影響因素

  隨著現代制造業及各種功能材料的發展,傳統的金屬與金屬間連接已不能滿足現代制造業的需求,因而更深層次的金屬與非金屬、非金屬與非金屬的連接成為發展趨勢H1.陽極鍵合以其鍵合過程溫度低,鍵合后材料變形小,機械強度高及鍵合工藝簡單等,有效減少了傳統焊接的高溫熱應力對工件的影響.進入21世紀以來,微電子加工業得到蓬勃發展,與此同時,陽極鍵合憑借優良的氣密性和低溫性更多地應用在電子器件的生產和封裝過程中,各種功能材料與半導體之間的微型連接技術已經十分成熟,如微型加速度計、微型陀螺儀、微型電磁場傳感器、微型壓力傳感器、微型制動器及微型流量計等∞。J.

  1低溫陽極鍵合工藝及鍵合機理

  1.1鍵合工藝過程

  陽極鍵合對被連接材料的表面光潔度有較高的要求,因此,鍵合開始前的首要工作就是對材料表面進行處理,通常要求材料表面粗糙度低于50nm,平行度小于5斗m;其次用50—80℃的RCA溶液(NH。OH:H202:H20=1:l:5)清洗被連接晶片,并用去離子水漂洗,最后用純氮氣吹干.以玻璃和硅片鍵合為例,將所要連接的玻璃與硅片相互重疊放置在鍵合設備中,玻璃與陰極連接,硅片與陽極連接,如圖1所示.實驗前調整鍵合參數,體電化學反應的集合,而在550 oC以下的陽極鍵合稱為低溫鍵合

  以硅和微晶玻璃為例,常溫下這兩種材料導電率很低,不能完成鍵合,但溫度對玻璃導電性的影響很大.在實驗前對材料進行加熱(低于軟化點溫度),玻璃內部的Na+被激活并向陰極移動,在靠近陽極一面的玻璃界面形成了被極化的堿金屬離子(主要是Na+)耗盡層,造成大量負電荷(02一)在這一面堆積,因而這一耗盡層內部產生了一個強電場(高達10 6V/cm)[8 3.在強靜電場作用下,玻璃與硅片之間形成強大的靜電吸引;在玻璃受熱后彈性變形和粘性流動下,玻璃與硅片表面緊密貼合.與此同時,在玻璃/硅連接處02一與硅發生不可逆的化學反應,形成了一Si—O—Si一鍵,并與玻璃耗盡層的0卜和內部

  1.2低溫陽極鍵合機理

  陽極鍵合的過程實質是一種物理熱運動及固吸引力共同作用而實現的.在鍵合過程中,硅表面 2.2玻璃/金屬的陽極鍵合的OH一具有極性,放大了玻璃表面離子堆積的作 金屬優良的導電性和高強度使其廣泛應用于用,使得Si/O在硅表面聚集,并發生反應形成 各種傳感器的生產制造過程.陳錚等設計開發出si一0鍵

  ;同時,隨著鍵合的進行,鍵合溫度不斷 一種壓力傳感器,利用陽極鍵合技術對Kovar基升高,OH一發生脫水聚合反應,氫鍵被Si—O—Si 體和玻璃基體進行連接,與傳統的硅壓電傳感器代替,從而形成穩定的硅氧化合物.關于陽極鍵合 相比,這種玻璃/金屬鍵合后生產的壓力傳感器更過程中離子反應和傳輸機制尚無統一定論,因而 適應不同的工作環境0193.Wang等通過溶膠一凝陽極鍵合的機理還需進一步研究. 膠法在不銹鋼片上鍍一層SiO:,利用陽極鍵合實現了“玻璃/不銹鋼”的連接舊0。.

  2 陽極鍵合現階段主要應用

  2.1玻璃/硅的陽極鍵合 Kutchoukov等人設計出一種納米微流體裝玻璃與硅的陽極鍵合以其鍵合溫度低、鍵合 置,首先在玻璃上沉積一層非晶硅,然后再與玻璃

  強度大、鍵合工藝簡單等優點,已廣泛應用于微電 進行陽極鍵合,實現了“玻璃/硅/玻璃”的陽極連子器件的制作和生產,其中Shoji等利用微晶玻璃 接舊¨.Visser等人成功利用SiO:和硼硅玻璃當做優良的光學通透性,設計并開發出新型壓力傳感 中間層進行“硅/硅”鍵合舊2|.浙江大學沈偉東等器【l4|,如圖3所示,研究表明,利用這種玻璃陶瓷 人通過電子束蒸發玻璃膜作為中間層,利用陽極的低溫陽極鍵合工藝對電子器件進行封裝是十分 鍵合技術實現了“硅/硅”的連接心3|,同時用可靠的.Kober等人設計的電容式微型壓力傳感

  TMAH溶液進行基底減薄,獲得了厚介質層薄頂器中空腔的連接就是利用“玻璃/硅”的陽極鍵合 層硅結構,這為一些MEMS器件的制作奠定了基而實現,在玻璃一側壓力發生變化,硅片材料上的 礎.Mrozek在玻璃表面通過真空沉積的方式引入電流值會發生變化從而檢測出壓力值¨5|,這種鍵 一層鈦薄膜,實現了“玻璃/玻璃”的陽極鍵合工藝沒有額外的鈍化層,避免污染電子器件. 合舊4。5|.Knapkiewicz等人通過濺射的方式在玻Weichel等利用陽極鍵合技術實現了化學計量氮化硅與玻璃的連接,在鍵合性能優異的同時還增加了MEMS器件的一些附屬功能。

  高達35 N/mm2.韓國的Lee等通過將硅片進行加工后利用陽極鍵合技術將玻璃鍵合到硅片上,開發出一種新型味探針藥物注射器ⅢJ,不僅可以對病灶進行少量藥物精準注射,同時還能減少腦損傷的風險.日本的wU等通過刻蝕等中間制造工藝在玻璃表面加工出一個支點,利用陽極鍵合的方式將底部的玻璃和硅片進行連接,設計出球形硅微鏡

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文章名稱:陽極鍵合研究現狀及影響因素

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