1、-. z.提高溫度和提高電壓對鍵合質(zhì)量的提高的影響卻不一樣，不同學(xué)者的研究結(jié)果都說明鍵合溫度對鍵合質(zhì)量的影響更大。溫度影響200450a在350-360之間進(jìn)展鍵合時，鍵合速度和鍵合引起的應(yīng)力和變形是最好的折中。9.16cm，525um厚。b溫度超過200時，在直流電場的作用下鈉離子能擺脫玻璃部晶格的束縛，向陰極移動。c膨脹系數(shù):PYRE* 7740玻璃在3.3*l0-6/左右，硅2.3310-6/左右。第一個交點(diǎn)20左右；第二個相交點(diǎn)在280左右；第三個相交點(diǎn)在540左右。在20280 時，玻璃比硅的膨脹系數(shù)大，而在280540時，硅比玻璃的熱膨脹系數(shù)大一些。PYRE* 7740玻璃軟化點(diǎn)8

2、20短期使用10h550長期使用10h450電壓影響2001000V鍵合電壓的上限是玻璃不發(fā)生擊穿，下限則要保證靜電吸引力能夠引起鍵合材料的彈性或塑性變形，使鍵合界面發(fā)生嚴(yán)密接觸，從而產(chǎn)生鍵合。電極影響a).采用點(diǎn)電極進(jìn)展鍵合，鍵合質(zhì)量好但速度慢。鍵合區(qū)域由電極處向外擴(kuò)展，可以防止鍵合界面空洞的產(chǎn)生，提高鍵合質(zhì)量，但時間較長。b).板電極進(jìn)展鍵合，速度快。鍵合界面處容易產(chǎn)生的空洞等缺陷。4.實(shí)例a).10mm*10mm*0.5mm薄片。溫度：400，電壓：750V，鍵合壓力：0.1MPa。 b).15 mm15 mm400um硅片,15 mm15 mm350um pyre*7740#玻璃。 采

3、用平板陰極方式鍵合，溫度：350，電壓：400V。 c).20mm20 mm2mm薄片。溫度：250450，電壓為200750V，壓力為005l MPa。 時間510min。d).直徑9.16cm，厚度525um。溫度：350-360；電壓：2001000V；壓力：3*10-3Kpa100Kpa。e).玻璃環(huán)尺寸為外徑8 mm，徑6 mm，高2mm。溫度360，電壓：1 100 V。國外主要用Pyre*玻璃及SD-2玻璃作為.Si熔點(diǎn)14102mm PYRE* 7740玻璃片BOROFLOAT33根本參數(shù)：肖特耶拿玻璃公司利用微浮法工藝和最新的技術(shù)生產(chǎn)而成莫氏硬度：7技術(shù)參數(shù)：化學(xué)成分：密度2

4、52.2g/cm2膨脹系數(shù)(ISO 7991)3.2510-6k-1透光率91%軟化點(diǎn)820短期使用10h550長期使用10h450折射率587.6nm1.47140努氏硬度480機(jī)械強(qiáng)度高，絕緣性能優(yōu)良，介電損耗少，介電常數(shù)穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)可在很大圍調(diào)節(jié)，耐化學(xué)腐蝕，耐磨，熱穩(wěn)定性好，使用溫度高。微晶玻璃具有比一般玻璃更為優(yōu)良的特性，主要表現(xiàn)為：1、具有更加穩(wěn)定的化學(xué)性能：抗水合，抗水化能力，抗陽離子交換能力；2、具有更高的機(jī)械強(qiáng)度；3、具有更優(yōu)良的電學(xué)性能：介電損耗率最低；4、具有良好的熱學(xué)性能：熱膨脹系數(shù)低，熱振穩(wěn)定性能好，高溫軟化的溫度點(diǎn)高。1陽極鍵合用微晶玻璃的制備及鍵合影響因素研究

5、 欣理工大學(xué)2007.本實(shí)驗(yàn)中采用的儀器具體參數(shù)如下:a、高壓電源:采用HBF一202一2AC型高壓電源，其電壓的控制圍為一2000V到OVb、加熱板:采用德國肖特生產(chǎn)的SLK一2T型加熱板，其溫度控制圍為0一500。c、電極:本實(shí)驗(yàn)中選用板電極，材質(zhì)為石墨。d、超聲波清洗機(jī):采用KQ一100KD型數(shù)控高功率超聲波清洗機(jī)。微晶玻璃有一定的擊穿電壓，而所選擇的微晶玻璃片的擊穿電壓比擬低，在加載電壓為SOOV的時候，就已經(jīng)有擊穿現(xiàn)象發(fā)生。玻璃在常溫下是一種絕緣體，并不導(dǎo)電，但是如果將玻璃放置于一個強(qiáng)電場中(兩端施加電壓高于500v)，并且給玻璃加熱(使其外表溫度高于200)，玻璃中間的堿金屬離子(

6、Na+，K+)就會具有很強(qiáng)的移動性，并向陰極遷移，然后聚集在玻璃一硅外表，玻璃的下外表呈負(fù)電性?，F(xiàn)在多項(xiàng)選擇用Pyre*玻璃，其原因有二:(l)該種玻璃中含有足夠的堿金屬離子，能夠保證鍵合過程的順利完成;(2)此種玻璃的熱膨脹系數(shù)在33*l0-7/左右，石英玻璃=5.98*107/(o一400)與硅的熱膨脹系數(shù)2.6210(6)2.3310(6)(材料教材)相近，這使兩者之間在鍵合時產(chǎn)生的熱應(yīng)力比擬小，能夠到達(dá)比擬好的鍵合效果硅片與微晶玻璃的鍵合與傳統(tǒng)的玻璃相比，微晶玻璃具有機(jī)械強(qiáng)度高，硬度大，耐磨性好;具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，能適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境;電絕緣性能優(yōu)良，介電損耗小，介電常數(shù)

7、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。另外微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)可調(diào)整圍大，可以適合與很多材料的鍵合。目前已經(jīng)有日本學(xué)者成功實(shí)現(xiàn)了Li20一A12O3一5102型微晶玻璃與硅片的鍵合28玻璃與金屬的鍵合在MEMS系統(tǒng)中所應(yīng)用的基片材料很多為金屬，所以用金屬與玻璃進(jìn)展鍵合也成為研究的熱點(diǎn)之一。現(xiàn)在國外已經(jīng)有學(xué)者成功地運(yùn)用硼硅酸鹽玻璃與可伐(kover)鐵鎳鉆合金在鍵合溫度 613K，鍵合電壓500v下進(jìn)展了鍵合29。但是并沒有見到玻璃與其他金屬(如玻璃與不銹鋼)之間成功鍵合現(xiàn)在也有學(xué)者考慮用微晶玻璃代替?zhèn)鹘y(tǒng)的玻璃與硅片30，31和金屬3z進(jìn)展鍵合。1、提高鍵合溫度及電壓但是提高溫度和提高電壓對鍵合質(zhì)量的提高的影響卻不一樣，

8、不同學(xué)者的研究結(jié)果都說明鍵合溫度對鍵合質(zhì)量的影響更大，有時僅需把鍵合溫度提高30，其鍵合強(qiáng)度就會相差一倍左右32。但是鍵合溫度的提高不僅會增加基片材料的變形程度，不利于大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用，也會使鍵合后基片材料間的熱應(yīng)力增加，并且會增加鍵合過程中的能耗，增加鍵合本錢。因此在降低鍵合溫度的同時提高鍵合強(qiáng)度就成為了現(xiàn)在研究的又一熱點(diǎn)問題。2外表處理(i)控制兩基片材料外表的粗糙程度，選取相應(yīng)的精細(xì)磨片儀器即可完成(ii)對基片材料外表進(jìn)展清洗，使其外表具有親水性，則其界面的電化學(xué)反響更易于發(fā)生，從而到達(dá)提高鍵合強(qiáng)度的作用。例如將基片材料置于120時放入外表活性H2504:HZOZ=10:l的溶液中巧

9、min，然后用去離子水清洗后用N:烘干，其鍵合面積將到達(dá)總面積的95%以上，并且鍵合時間大大縮短，鍵合強(qiáng)度得到提高333、合理選用電極傳統(tǒng)的陽極鍵合電極一般選用點(diǎn)電極和板電極。如果采用點(diǎn)電極進(jìn)展鍵合，鍵合區(qū)域由電極處向外擴(kuò)展，可以防止鍵合界面空洞的產(chǎn)生，提高鍵合質(zhì)量，但時間較長。如果運(yùn)用板電極進(jìn)展鍵合由于其外表的起伏不平導(dǎo)致其基片材料各局部的鍵合質(zhì)量會現(xiàn)較大不同。因此如果能合理的選用電極對提高鍵合質(zhì)量、縮短鍵合時間是十分有利的?，F(xiàn)在國外也有不少學(xué)者對此方面展開研究。例如就有吳登峰等34提出采用線陰極能夠提高鍵合的速度，并且鍵合樣品中也沒有看到明顯的空洞。與此同時，Jung一TangHuang等

10、也提出將點(diǎn)電極進(jìn)展螺旋型的排列將大大提高樣品的鍵合質(zhì)量35。1.2.5鍵合強(qiáng)度評價方法4.4.1選擇適宜的鍵合電壓擊穿電壓還于其外表積有一定的關(guān)系。不同的微晶玻璃系統(tǒng)，會有不同的擊穿電壓，所以應(yīng)該找到適合于本系統(tǒng)微晶玻璃的鍵合電壓，然后進(jìn)展鍵合實(shí)驗(yàn)。4.4.2提高鍵合溫度能夠使粒子的活性加大，有助于在提高在鍵合過程中的粒子交換程度，提高兩者的鍵合質(zhì)量，有文獻(xiàn)說明，在溫度相差10時，其鍵合強(qiáng)度有可能相差3倍左右。在常溫下的鍵合實(shí)現(xiàn)中，溫度是一個存在很大的問題。其一:往往在上下兩個基片之間就會有20一30的溫差，使得基片受熱不均。當(dāng)其受熱不均時，兩者會因?yàn)樘幱诓煌臏囟榷味沟脽崤蛎浵禂?shù)不相匹配，

11、影響兩者的鍵合效果。其二:現(xiàn)使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的最高加熱溫度最高只有400左右，并且還受外界的影響較大，難以實(shí)現(xiàn)在一個較長的時間段保持一個比擬穩(wěn)定的溫度。目前的實(shí)驗(yàn)說明，加載在微晶玻璃樣品上的電壓不能夠太大，否則微晶玻璃樣品會被擊穿。這時溫度的影響將變的尤其重要。可以設(shè)想，如果基片能夠在較高的溫度下進(jìn)展鍵合，其也就能夠在使用低于擊穿電壓的情況下到達(dá)良好的效果。4.4.3適當(dāng)改變鍵合時所采用電極的形狀采用的是石墨材質(zhì)的板電極。板電極的鍵合速度較慢，但是鍵合的質(zhì)量會比擬高4.4.4改善鍵合樣品的外表的狀態(tài)外表就必須要干凈與平整?？梢栽阪I合時在基片上加載一個比擬大的機(jī)械荷載，以幫助其接觸。4.4.5改善

12、樣品的鍵合環(huán)境4生才,毅強(qiáng),艷艷.半導(dǎo)體高溫壓力傳感器的靜電鍵合技術(shù)J.傳感技術(shù)學(xué)報(bào).2002,(2):150-151.銅電極板玻璃接電源負(fù)極,硅片接電源正極.并加溫等待電流穩(wěn)定.這個過程中,透過玻璃外表,能看到空氣隙中常出現(xiàn)的牛頓環(huán)逐漸消失.當(dāng)硅-玻璃界面變成同體硅一樣的灰黑色,說明鍵合完成.而在給玻璃加熱(鍵合時溫度在370420),加高直流電壓(鍵合時直流電壓控制在 1 0001 500 V)時,玻璃中的正離子(如鈉、鉀、鈣離子)就會在強(qiáng)電場的作用下向負(fù)極運(yùn)動,同時玻璃中的偶極子在強(qiáng)電場作用下,產(chǎn)生極化取向(如圖3).在界面形成電子的積聚過程中,玻璃也顯現(xiàn)導(dǎo)電性.即使在玻璃熔融的高溫下(

13、高于500),Si-O鍵也不會被破壞,因此靜電封接用于多晶硅高溫壓力傳感器的芯片封接是完全可行的.可見在鍵合中電壓越高,耗盡區(qū)越窄,鍵合強(qiáng)度越大.多晶硅高溫壓力傳感器芯片的靜電封接實(shí)驗(yàn).選取芯片封接面積約為23 mm2,玻璃環(huán)尺寸為外徑8 mm,徑6 mm,高2mm.玻璃環(huán)經(jīng)精拋,光潔度到達(dá)50 nm.選取外加電壓1 100 V,加熱溫度360下進(jìn)展靜電封接,成品率已經(jīng)到達(dá)95%以上.一般在2 min之后.隨后,由于界面處Si-O鍵的形成,耗盡區(qū)的電壓降逐步加大,使鍵合電流逐漸下降,并最終趨于一穩(wěn)定值采用線陰極的快速陽極鍵合方法吳登峰1,鄔玉亭1,褚家如1,淑珍2采用厚400m電阻率為812c

14、m的P型(100)硅片,厚350m的pyre*7740#玻璃。另外通過在一塊pyre*7740#玻璃上鍍了一層蒸發(fā)鋁,然后用掩模、光刻、顯影等工藝,制作出覆蓋鋁膜十字電極。樣品1(15 mm15 mm)采用平板陰極方式鍵合,溫度約350,鍵合電壓為400V。鍵合1080s后,電路中的電流下降為17.8A完畢鍵合。觀察發(fā)現(xiàn),在鍵合界面出現(xiàn)空氣孔洞樣品2采用點(diǎn)陰極方式鍵合,鍵合時的峰值電流為400A,峰值電流在35s后下降為100A,以后逐漸衰減,630s時的電流為15A,鍵合區(qū)在630s時擴(kuò)展到整個樣品。樣品3采用十字線陰極方式鍵合,鍵合時的峰值電流為10mA,5s后衰減為4mA,84s后鍵合區(qū)

15、擴(kuò)展到整個樣品,鍵合電流隨之大幅度下降,從50s到80s僅30s時間,從電路電流1.5 mA衰減到130A平板陰極鍵合方式,由于硅片、玻璃鍵外表存在凸凹不平,鍵合時會在鍵合界面處容易產(chǎn)生的空洞等缺陷。點(diǎn)陰極鍵合方式,鍵合質(zhì)量好但速度慢。線陰極鍵合方式,繼承了點(diǎn)陰極鍵合方式的鍵合區(qū)逐漸擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn),速度快而且沒有空洞。綜上所述,線陰極鍵合方法是一種速度快、鍵合質(zhì)量高的鍵合方法。MEMS中的靜電一熱鍵合技術(shù)王蔚，偉平，曉為，霍明學(xué)，王喜蓮，鞠鑫，穎鍵合采用工業(yè)大學(xué)MEMS中心研制的HG一l型靜電鍵合機(jī)進(jìn)展.先Si/Class靜電鍵合，再Si/Au熱鍵合.HG一l型靜電鍵合機(jī)溫度:300一400，電壓

16、:700一l000v時，玻璃中的Na+向負(fù)極方向漂移，和硅接觸的玻璃外表形成耗盡層，其寬度約為幾u(yù)m.由于耗盡層帶負(fù)電荷，硅片帶正電荷，硅片和玻璃之間存在較大靜電力使二者嚴(yán)密接觸，瞬間電流密度達(dá)最大值.在此瞬間Si/Class界面有SiO鍵生成.Si/Class鍵合結(jié)實(shí)，構(gòu)成壓力腔s.北方無線電一廠生產(chǎn)的檢漏設(shè)備，充氮加壓，加壓至0.3MPa，并維持40min，放氣，取出的傳感器芯片立即放人盛有無水乙醇的液體容器中，液面高出傳感器外表約1一2cm，仔細(xì)觀察有無氣泡出現(xiàn)，如無氣泡再將容器放人低氣壓臺，蓋上真空罩，開場抽氣檢漏，真空度直至0.02M5Pa.鍵合與檢漏結(jié)果如表l所示.第一次靜電鍵合是

17、在370、sooV，壓力芯片與玻璃的鍵合.第二次靜電鍵合是將玻璃的加熱電阻面和硅杯元件的鍵合，由于在玻璃的另一面已鍵合有壓力芯片，這次鍵合的界面又有Au電阻引線通過，故鍵合難度大，提高鍵合條件:在430，looov下進(jìn)展鍵合;另外，為保證鍵合部位玻璃的部電場、溫度場均勻，陰極采用中空的方框形電極，鍵合時壓力芯片放在方框進(jìn)展.靜電電鍵合完成后，傳感器芯片放在鍵合臺上退火:400，保溫2h，使加熱器引線金和硅熱鍵合三次鍵合實(shí)現(xiàn)了Si/Au一Glas/Si構(gòu)造的封裝.低溫陽極鍵合技術(shù)研究：王多笑咖re*牟7740硼硅玻璃，這種玻璃部含有大量的鈉離子。在常溫下鈉離子不可以移動，然而當(dāng)溫度超過200時，

18、在直流電場的作用下鈉離子能擺脫玻璃部網(wǎng)格的束縛，向陰極移動，在陰極復(fù)原成金屬析出，而在陽極則留下鈉離子的耗盡層，耗盡層中主要是非橋氧離子。鍵合溫度根本上都是在350*(2左右，造成鍵合樣品產(chǎn)生應(yīng)力。因此，陽極鍵合技術(shù)同時需要向低溫甚至常溫陽極鍵合、低電壓陽極鍵合等方向開展。本文作者在對陽極鍵合機(jī)理的研究根底上，通過兩種方法實(shí)現(xiàn)低溫陽極鍵合：第一種是對樣品進(jìn)展親水處理后，在220完成低溫陽極鍵合；第二種是對樣品外表進(jìn)展氧等離子體處理，在200完成低溫陽極鍵合。陽極鍵合實(shí)驗(yàn)需要的條件：真空度幾Pa，溫度圍是200。C450。c，電壓圍是200V1200V，加壓圍是05MPa4MPa；外表活化鍵合在

19、4101Pa的真空度下，樣品在鍵合前需用等離子體活化，對兩樣品施壓，壓力圍為05MPa4 Mpa，在室溫下鍵合。為了能讓兩種鍵合實(shí)驗(yàn)?zāi)茉谕粋€實(shí)驗(yàn)平臺上使用，特提出以下要求。硼硅玻璃與硅陽極鍵合機(jī)理分析米宋永剛，會峰，胡利方，魯曉瑩，孟慶森和玻璃分別切成20mm20 mm2mm薄片，結(jié)合面研磨和機(jī)械拋光，使其外表粗糙度Ra1um。用標(biāo)準(zhǔn)的RCA溶液清洗，清洗溫度為6080，RCA溶液配比為(NH40H：H202：H：0=025：1：5)，去離子水清洗并用氮?dú)獯蹈?。試?yàn)溫度為250450，直流電壓為200750V，壓力為005l MPa，時間510min。加熱爐升溫速度為10min。試件鍵合后隨

20、爐冷卻，冷速為4min。硼硅玻璃與硅鍵合界面區(qū)的SEM、ED*微觀分析陽極鍵合工藝與設(shè)備的研究：吳登峰陽極鍵合中鍵合強(qiáng)度及鍵合變形的研究軍彪，王小斌，樊紅安，芳林，培德，根據(jù)圖3所給的PYRE*7740#玻璃和硅片的線熱膨脹溫度曲線可以看出，他們并不是完全重合，第一個相交點(diǎn)在20左右，在這個溫度下很顯然不可能完成鍵合；第二個相交點(diǎn)在280左右，在這個溫度下鍵合，由于溫度較低，鍵合時間長，鍵合強(qiáng)度非常低(也就是不能完全鍵合)，所以在這個溫度下鍵合也是不可能的；第三個相交點(diǎn)在540左右，我們都知道PYRE*玻璃在溫度大于450時會發(fā)生相變，并發(fā)生不可恢復(fù)的塑性變形，在這個溫度下鍵合也是不可能的。因此，對于PYRE*玻璃和硅的陽極鍵合，要實(shí)現(xiàn)完全沒有應(yīng)力的鍵合是不可能的，但是，在鍵合條件下尋找一個最正確的鍵合溫度參數(shù)卻是可能的，這就需要進(jìn)展大量的工藝實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。在20-,280時，玻璃比硅的膨脹系數(shù)大，而在280540時，硅比玻璃的熱膨脹系數(shù)大一些。晶片厚度盔。=d。as；=0525mm，9.16cm，525um厚在