多层晶片阳极键合界面结构及力学性能研究

摘要

BF玻璃具有良好的耐热性能、光学性能、化学稳定性以及力学性能，在 MEMS器件制造和封装领域常作为基体材料与半导体、金属等材料进行连接以实现对微传感器、微流泵等器件的封装工艺。阳极键合是实现玻璃与上述几种材料连接最常用的技术，本文利用阳极键合技术，通过电场反转实现了Si-glass-Si、Al-glass-Al、Al-glass-Si的连接；通过钎料在大气低温下实现了glass-Ni的连接，研究了工艺参数对界面结构和力学性能的影响，研究发现：
　　（1）利用阳极键合工艺，通过一次电场反转可实现Si-glass-Si的连接，Si(1)-glass键合过程中，由于 Na+在玻璃表面析出，导致连接界面附近的玻璃体内形成Na+耗尽层，Na+耗尽层中存在“高场强”和“低场强”两个不同的空间区域。受第一个键合界面的影响，Si(2)-glass界面键合过程中出现两个峰值电流。
　　（2）利用阳极键合技术制备了 Al-glass-Al和 Al-glass-Si试样。由于Al3+扩散至Na+耗尽层，第二个界面键合电流并未出现两个峰值电流。反向电场会降低Al(1)-glass界面键合率，但不会破坏其界面。Al-glass-Al界面强度高于Al-glass-Si界面强度，且断裂均沿第二次键合界面发生。
　　（3）首次利用Al箔作过渡层，在大气中实现了glass与Ni的低温钎焊连接，典型的界面结构为：glass/Al/Al8ZnSn4+solder/Ni3Sn2/Ni。拉伸试验结果表明，断裂发生在玻璃处，说明界面结合良好，界面强度超过母材的强度。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 阳极键合简介

1.3 玻璃与金属板的连接研究现状

1.4 本文研究的目的和主要内容

第二章 实验方法和设备

2.1 实验材料

2.2 实验主要设备

2.3 分析方法

第三章 Si-glass-Si 阳极键合界面及力学性能研究

3.1 引言

3.2 实验过程

3.3实验结果与分析

3.4 本章小结

第四章 Al-glass-Al/Si 阳极键合界面及力学性能研究

4.1 引言

4.2 实验材料

4.3 实验流程

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小结

第五章 Glass-Ni 低温钎焊连接界面及力学性能研究

5.1 引言

5.2 Ni-glass电场辅助钎焊连接

5.3 Ni-glass低温钎焊连接

5.4 本章小节

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录