LAZS微晶玻璃-不銹鋼陽極鍵合機(jī)理及熱應(yīng)力研究.pdf

1、陽極鍵合作為微機(jī)電系統(tǒng)（microelectromechanical systems，簡稱MEMS）封裝技術(shù)中最為重要的技術(shù)之一，因具有工藝簡單，封裝效率高，封裝質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。隨著微型系統(tǒng)和大規(guī)模的集成電路的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，應(yīng)用環(huán)境越來越具有挑戰(zhàn)性，因此對器件本身性能與結(jié)構(gòu)適用性要求越來嚴(yán)格。在微機(jī)電系統(tǒng)封裝過程中一些傳統(tǒng)材料因?yàn)槠湫阅艿牟蛔汶y以滿足當(dāng)前MEMS的發(fā)展需求，與此同時在封裝質(zhì)量方面常常因材料熱膨脹系數(shù)之間的差

2、異性造成熱失效而降低器件壽命與可靠性。針對這種現(xiàn)象，本研究立足選用具有機(jī)械強(qiáng)度大，硬度高，化學(xué)性能穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)可在很大范圍內(nèi)調(diào)整的微晶玻璃材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)玻璃、硅、硼硅酸鹽玻璃等與綜合性能較好的不銹鋼材料進(jìn)行陽極鍵合，研究其鍵合機(jī)理及通過有限元軟件優(yōu)化殘余應(yīng)力分布，為解決熱失效問題提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
　　針對微晶玻璃與不銹鋼鍵合熱失效問題，本文采用MSC.Marc有限元分析軟件，對鍵合冷卻過程中溫度作用產(chǎn)生的殘余

3、應(yīng)力分布進(jìn)行分析。將微晶玻璃與不銹鋼鍵合厚度比值按1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6變化，結(jié)果表明當(dāng)微晶玻璃與不銹鋼厚度比值越小，最大殘余應(yīng)力越小，且最大殘余應(yīng)力主要分布在材料表面。面積比值按1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1變化時，不銹鋼與微晶玻璃面積比值越小，最大殘余應(yīng)力值逐漸趨于一個穩(wěn)定值。產(chǎn)生這種改變最主要的原因是熱傳導(dǎo)方式的改變而引起的變化?？梢缘贸鲈阪I合過程中結(jié)構(gòu)對殘余應(yīng)力分布有至關(guān)重要的影響，在選擇

4、鍵合結(jié)構(gòu)時參考材料剛度等其他因素，優(yōu)選合適的厚度面積比值有利于降低應(yīng)力帶來的不利影響。
　　本文利用整體析晶法制得與430＃不銹鋼熱膨脹系數(shù)相匹配的LAZS微晶玻璃，通過在430＃不銹鋼表面磁控濺射硅薄膜過渡層緩解由于不銹鋼與微晶玻璃直接鍵合殘余應(yīng)力過大鍵合失效問題。采用XRD、SEM等試驗(yàn)手段，對430＃不銹鋼與 LAZS微晶玻璃鍵合界面物相組成、組織形貌、能譜測試等進(jìn)行了分析。研究表明在鍵合過程中陰極材料中堿金屬離子和陽極材料