陽(yáng)極鍵合用微晶玻璃的制備及鍵合影響因素研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展微機(jī)電系統(tǒng)MEMS(micro electronic mechanicalsystem)在越來(lái)越多的領(lǐng)域中得到了運(yùn)用。但作為在微電子機(jī)械系統(tǒng)中所使用的一項(xiàng)重要技術(shù)一陽(yáng)極鍵合，卻依然存在著很多的問(wèn)題，隨著其使用范圍的擴(kuò)大和對(duì)鍵合強(qiáng)度要求的提高，對(duì)基片材料提出了新的要求。與傳統(tǒng)的玻璃相比較，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，

2、介電常數(shù)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因此本課題采用微晶玻璃代替?zhèn)鹘y(tǒng)的耐熱玻璃，希望能夠找到能夠與不銹鋼以及硅片適配良好的微晶玻璃組分以及于之配套的熱處理工藝制度。 本文選用Li<,2>O-ZnO-SiO<,2>(LZS)系統(tǒng)的微晶玻璃分別作為與不銹鋼適配的基礎(chǔ)微晶玻璃成分。采用x射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡分析(SEM)、差熱分析(DTA)等測(cè)試方法分析了微晶玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形貌；應(yīng)用熱膨脹測(cè)試、抗折強(qiáng)度測(cè)試和測(cè)試分析了微晶玻璃的性能。從而

3、了改變基礎(chǔ)組成、熱處理制度等因素對(duì)選定的微晶玻璃系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能的影響，確定了合適組成和熱處理制度。在此基礎(chǔ)上，研究了電壓、溫度、時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)金屬與微晶玻璃陽(yáng)極鍵合產(chǎn)生的影響并最終使用自制的微晶玻璃實(shí)現(xiàn)了金屬與微晶玻璃的陽(yáng)極鍵合。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 1、在Li<,2>O-ZnO-SiO<,2>系統(tǒng)的微晶玻璃組分中，樣品中主晶相的種類隨著Li<,2>O的減小而發(fā)生變化，變化順序?yàn)長(zhǎng)i<,2>SiO<,3>，Li<,2>S

4、i2O<,5>以及SiO<,2>。當(dāng)樣品中的主晶相固定為L(zhǎng)i<,2>SiO<,3>時(shí)，增加Na<,2>O和K<,2>O含量的改變并不會(huì)對(duì)主晶相產(chǎn)生太大的影響，但是會(huì)增大樣品的熱膨脹系數(shù)和減少樣品的抗折強(qiáng)度。 2、對(duì)于確定的Li2O-ZnO-SiO<,2>系統(tǒng)的微晶玻璃合適的熱處理溫度范圍為核化溫度(4.50℃-630℃)和晶化溫度(670℃-760℃)。當(dāng)采用此溫度制度時(shí)，微晶玻璃的主晶相比較穩(wěn)定，為L(zhǎng)i<,2>SiO<,3>。

5、該主晶相的形貌會(huì)隨著熱處理溫度的升高而改變，由開始的粒狀、片狀結(jié)構(gòu)過(guò)渡到枝晶狀結(jié)構(gòu)變化，并且數(shù)量會(huì)逐漸增加。微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)隨溫度和時(shí)間的變化都呈現(xiàn)拋物線變化趨勢(shì)。但當(dāng)時(shí)間增加到一定程度后，其熱膨脹系數(shù)趨于一個(gè)定值。隨著核化溫度以及熱處理時(shí)間的增加，樣品的抗折強(qiáng)度都呈現(xiàn)處拋物線變化。樣品的耐酸堿腐蝕性良好，能夠承受在惡劣的環(huán)境下使用。 3、經(jīng)過(guò)比較，樣品E3為能與金屬適配的微晶玻璃組成。樣品的熱膨脹系數(shù)大于130x10<'-

6、7>/℃，抗折強(qiáng)度達(dá)到為90MPa以上． 4、陽(yáng)極鍵合中，鍵合電流隨著加載電壓和加載溫度的增大而增大。微晶玻璃樣品的擊穿電壓，與微晶玻璃樣品的表面積成正比。樣品被擊穿后會(huì)在表面留下明顯的空洞。當(dāng)加載溫度達(dá)到400℃后，微晶玻璃與金屬間會(huì)形成一定面積的鍵合。在鍵合的區(qū)域中，兩基片之間會(huì)形成一層過(guò)渡層，過(guò)渡層中包含有兩種基片內(nèi)所包含的元素。金屬表面的氧化膜在200℃左右時(shí)開始形成，在300℃左右完全形成，覆蓋在金屬的表面。