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阳极键合用微晶玻璃的制备及键合影响因素研究

作　者: 曹欣
导　师: 程金树
学　校: 武汉理工大学
专　业: 建筑材料与工程
关键词: 微晶玻璃阳极键合热膨胀系数
分类号: TG139.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

近年来，随着科学技术的发展微机电系统MEMS（micro electronic mechanical system）在越来越多的领域中得到了运用。但作为在微电子机械系统中所使用的一项重要技术—阳极键合，却依然存在着很多的问题，随着其使用范围的扩大和对键合强度要求的提高，对基片材料提出了新的要求。与传统的玻璃相比较，微晶玻璃具有：机械强度高，硬度大，耐磨性好；具有良好的化学稳定性和热稳定性，能适应恶劣的使用环境；电绝缘性能优良，介电损耗小，介电常数稳定等优点。因此本课题采用微晶玻璃代替传统的耐热玻璃，希望能够找到能够与不锈钢以及硅片适配良好的微晶玻璃组分以及于之配套的热处理工艺制度。本文选用Li₂O-ZnO-SiO₂（LZS）系统的微晶玻璃分别作为与不锈钢适配的基础微晶玻璃成分。采用X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜分析（SEM）、差热分析（DTA）等测试方法分析了微晶玻璃的内部结构和形貌；应用热膨胀测试、抗折强度测试和测试分析了微晶玻璃的性能。从而了改变基础组成、热处理制度等因素对选定的微晶玻璃系统的结构和性能的影响，确定了合适组成和热处理制度。在此基础上，研究了电压、温度、时间等工艺参数对金属与微晶玻璃阳极键合产生的影响并最终使用自制的微晶玻璃实现了金属与微晶玻璃的阳极键合。实验结果表明：1、在Li₂O-ZnO-SiO₂系统的微晶玻璃组分中，样品中主晶相的种类随着Li₂O的减小而发生变化，变化顺序为Li₂SiO₃，Li₂Si₂O₅以及SiO₂。当样品中的主晶相固定为Li₂SiO₃时，增加Na₂O和K₂O含量的改变并不会对主晶相产生太大的影响，但是会增大样品的热膨胀系数和减少样品的抗折强度。2、对于确定的Li₂O-ZnO-SiO₂系统的微晶玻璃合适的热处理温度范围为核化温度（450℃—630℃）和晶化温度（670℃—760℃）。当采用此温度制度时，微晶玻璃的主晶相比较稳定，为Li₂SiO₃。该主晶相的形貌会随着热处理温度的升高而改变，由开始的粒状、片状结构过渡到枝晶状结构变化，并且数量会逐渐增加。微晶玻璃的热膨胀系数随温度和时间的变化都呈现抛物线变化趋势。但当时间增加到一定程度后，其热膨胀系数趋于一个定值。随着核化温度以及热处理时间的增加，样品的抗折强度都呈现处抛物线变化。样品的耐酸碱腐蚀性良好，能够承受在恶劣的环境下使用。3、经过比较，样品E3为能与金属适配的微晶玻璃组成。样品的热膨胀系数大于130×10^-7／℃，抗折强度达到为90MPa以上。4、阳极键合中，键合电流随着加载电压和加载温度的增大而增大。微晶玻璃样品的击穿电压，与微晶玻璃样品的表面积成正比。样品被击穿后会在表面留下明显的空洞。当加载温度达到400℃后，微晶玻璃与金属间会形成一定面积的键合。在键合的区域中，两基片之间会形成一层过渡层，过渡层中包含有两种基片内所包含的元素。金属表面的氧化膜在200℃左右时开始形成，在300℃左右完全形成，覆盖在金属的表面。5、随着键合的时间的增加，键合电流呈现抛物线的变化趋势。其在1h至2h之间会保持一个比较高的状态。

阳极键合用微晶玻璃的制备及键合影响因素研究

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