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阳极键合研究现状及影响因素

来源:职称阁分类:电子论文 时间:2019-08-23 10:03热度:

  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.

阳极键合研究现状及影响因素

  关键词:阳极键合;键合工艺;键合应用;研究现状;影响因素

  随着现代制造业及各种功能材料的发展,传统的金属与金属间连接已不能满足现代制造业的需求,因而更深层次的金属与非金属、非金属与非金属的连接成为发展趋势H1.阳极键合以其键合过程温度低,键合后材料变形小,机械强度高及键合工艺简单等,有效减少了传统焊接的高温热应力对工件的影响.进入21世纪以来,微电子加工业得到蓬勃发展,与此同时,阳极键合凭借优良的气密性和低温性更多地应用在电子器件的生产和封装过程中,各种功能材料与半导体之间的微型连接技术已经十分成熟,如微型加速度计、微型陀螺仪、微型电磁场传感器、微型压力传感器、微型制动器及微型流量计等∞。J.

  1低温阳极键合工艺及键合机理

  1.1键合工艺过程

  阳极键合对被连接材料的表面光洁度有较高的要求,因此,键合开始前的首要工作就是对材料表面进行处理,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)清洗被连接晶片,并用去离子水漂洗,最后用纯氮气吹干.以玻璃和硅片键合为例,将所要连接的玻璃与硅片相互重叠放置在键合设备中,玻璃与阴极连接,硅片与阳极连接,如图1所示.实验前调整键合参数,体电化学反应的集合,而在550 oC以下的阳极键合称为低温键合

  以硅和微晶玻璃为例,常温下这两种材料导电率很低,不能完成键合,但温度对玻璃导电性的影响很大.在实验前对材料进行加热(低于软化点温度),玻璃内部的Na+被激活并向阴极移动,在靠近阳极一面的玻璃界面形成了被极化的碱金属离子(主要是Na+)耗尽层,造成大量负电荷(02一)在这一面堆积,因而这一耗尽层内部产生了一个强电场(高达10 6V/cm)[8 3.在强静电场作用下,玻璃与硅片之间形成强大的静电吸引;在玻璃受热后弹性变形和粘性流动下,玻璃与硅片表面紧密贴合.与此同时,在玻璃/硅连接处02一与硅发生不可逆的化学反应,形成了一Si—O—Si一键,并与玻璃耗尽层的0卜和内部

  1.2低温阳极键合机理

  阳极键合的过程实质是一种物理热运动及固吸引力共同作用而实现的.在键合过程中,硅表面 2.2玻璃/金属的阳极键合的OH一具有极性,放大了玻璃表面离子堆积的作 金属优良的导电性和高强度使其广泛应用于用,使得Si/O在硅表面聚集,并发生反应形成 各种传感器的生产制造过程.陈铮等设计开发出si一0键

  ;同时,随着键合的进行,键合温度不断 一种压力传感器,利用阳极键合技术对Kovar基升高,OH一发生脱水聚合反应,氢键被Si—O—Si 体和玻璃基体进行连接,与传统的硅压电传感器代替,从而形成稳定的硅氧化合物.关于阳极键合 相比,这种玻璃/金属键合后生产的压力传感器更过程中离子反应和传输机制尚无统一定论,因而 适应不同的工作环境0193.Wang等通过溶胶一凝阳极键合的机理还需进一步研究. 胶法在不锈钢片上镀一层SiO:,利用阳极键合实现了“玻璃/不锈钢”的连接旧0。.

  2 阳极键合现阶段主要应用

  2.1玻璃/硅的阳极键合 Kutchoukov等人设计出一种纳米微流体装玻璃与硅的阳极键合以其键合温度低、键合 置,首先在玻璃上沉积一层非晶硅,然后再与玻璃

  强度大、键合工艺简单等优点,已广泛应用于微电 进行阳极键合,实现了“玻璃/硅/玻璃”的阳极连子器件的制作和生产,其中Shoji等利用微晶玻璃 接旧¨.Visser等人成功利用SiO:和硼硅玻璃当做优良的光学通透性,设计并开发出新型压力传感 中间层进行“硅/硅”键合旧2|.浙江大学沈伟东等器【l4|,如图3所示,研究表明,利用这种玻璃陶瓷 人通过电子束蒸发玻璃膜作为中间层,利用阳极的低温阳极键合工艺对电子器件进行封装是十分 键合技术实现了“硅/硅”的连接心3|,同时用可靠的.Kober等人设计的电容式微型压力传感

  TMAH溶液进行基底减薄,获得了厚介质层薄顶器中空腔的连接就是利用“玻璃/硅”的阳极键合 层硅结构,这为一些MEMS器件的制作奠定了基而实现,在玻璃一侧压力发生变化,硅片材料上的 础.Mrozek在玻璃表面通过真空沉积的方式引入电流值会发生变化从而检测出压力值¨5|,这种键 一层钛薄膜,实现了“玻璃/玻璃”的阳极键合工艺没有额外的钝化层,避免污染电子器件. 合旧4。5|.Knapkiewicz等人通过溅射的方式在玻Weichel等利用阳极键合技术实现了化学计量氮化硅与玻璃的连接,在键合性能优异的同时还增加了MEMS器件的一些附属功能。

  高达35 N/mm2.韩国的Lee等通过将硅片进行加工后利用阳极键合技术将玻璃键合到硅片上,开发出一种新型味探针药物注射器ⅢJ,不仅可以对病灶进行少量药物精准注射,同时还能减少脑损伤的风险.日本的wU等通过刻蚀等中间制造工艺在玻璃表面加工出一个支点,利用阳极键合的方式将底部的玻璃和硅片进行连接,设计出球形硅微镜

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文章名称:阳极键合研究现状及影响因素

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