硅玻璃阳极键合后薄膜中的应力及薄膜初始形变测量方法研究

摘要

阳极键合技术因键合强度高、键合温度较低、速度快、工艺简单、成本低而成为微机电系统中重要的封装技术,在微型机械、微传感器、微型仪表的制造以及电真空、航空领域等方面有着广泛的应用。但由于硅与玻璃阳极键合需要在一定的温度下（300-400℃左右）进行，材料之间将不可避免的因热膨胀系数失配而产生较大的热应力，该应力对器件的性能影响较大。
　　 本文采用阳极键合技术，对单晶硅与玻璃进行了键合实验，研究了键合后热残余应力产生的原因。介绍了利用弹性力学理论推导出的理想边界固支的圆膜受外加压力和残余应力共同作用下的挠度公式。对于与玻璃环键合后的实际结构，利用有限元分析软件Conventorware对有应力的硅膜在外界压力作用下的挠度变化情况进行了模拟。然后利用模拟得到的数值对现有的边界理想固支情况下的挠度公式进行拟合修正，得到了实际结构中硅膜在外加压力作用下的挠度拟合公式。
　　 将键合后的硅片与光纤端面组成法布里—珀罗腔，通过测量压力作用下法布里—珀罗腔的腔长，得出硅膜的挠度-压力变化情况；根据得到的挠度-压力之间关系的拟合公式求解，算出硅膜的残余应力大小。
　　 本文还采用基于相移干涉的泰曼-格林干涉测试系统对键合后硅片的形貌进行了测量。用CMOS相机采集干涉图样，经处理后得到相位分布图。采用Carré相位提取算法，得到键合后硅片的形貌。得到键合后硅片顶点的挠度，用台阶仪验证了该方法的准确性，两者测量得到的硅片顶点挠度相对误差为10.9％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

第2章 硅片与玻璃环的阳极键合

第3章 敏感膜弯曲模型的建立

第4章 测试解调原理及实验数据分析

第5章 基于相移干涉法测量膜片弯曲

第6章 结论

参考文献

在读期间发表的论文

致 谢