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阳极键合高压（脉冲）电源设计及键合工艺特性分析

作　者: 宋永刚
导　师: 孟庆森
学　校: 太原理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 阳极键合脉冲电源工艺玻璃射频磁控溅射
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文运用阳极键合(anodic bonding)技术，分别对硅／硼硅玻璃、金属／硼硅玻璃进行了阳极键合试验，分析了键合过程的物理化学本质及其工艺特性，采用光学显微镜、SEM、XRD等方法分析了连接界面结合区的微观组织结构及过渡区形成的机理。通过设计专用于阳极键合试验的高压(脉冲)电源，将脉冲技术引入阳极键合连接工艺，该电源系统采用高压直流工作电路、脉冲控制电路、数据采集及显示电路三部分单元线路组成。在恒压和脉冲电压两种电源输出条件下，分别对玻璃／硅进行阳极键合试验并分析，与恒压条件下相比，在脉冲电压下阳极键合过程中，键合电流峰值多次出现，增加了峰值电流的作用次数及有效持续时间，相当于多次对试件进行键合，因而键合平均电流高，提高了键合速率。通过金属与硼硅玻璃的阳极键合试验及对键合试样的界面微观结构分析得出：金属与硼硅玻璃在阳极键合条件下具有良好的连接性，硼硅玻璃与铝、kovar合金可在低于400℃下实现快速永久连接。温度、电压和连接时间是影响结合质量的主要因素；材料间的热膨胀系数差、连接温度、金属材料厚度均是影响接头残余应力的主要因素，温度较高有利于提高接合率，而过高时则易产生玻璃击穿影响连接质量。分析认为：硼硅玻璃与金属的连接过程分为三个阶段，即界面极化及静电吸附阶段、离子迁移及阳极氧化阶段、氧化物固相扩散结合及过渡区形成阶段。界面静电力及离子扩散迁移为界面的结合物理化学反应提供了必要条件，固相扩散结合过程对实现永久连接和连接质量具有重要贡献，硼硅玻璃与铝接头过渡区的横向柱晶氧化物对提高结合强度具有重要意义。本文采用射频磁控溅射预处理工艺方法在ZrO2陶瓷基体上沉积一层硼硅玻璃薄膜，探讨了导电陶瓷与金属阳极键合的前期工艺制备中间层玻璃薄膜的方法。试验表明：溅射气压和射频功率是两个关键因素，功率不变的情况下，薄膜厚度与溅射气压的选择有着直接的关系，随着溅射气压的增加，薄膜的厚度也增加；在溅射气压不变的情况下，当射频功率低时，沉积速率与射频功率成线性关系，加大射频功率，氩气电离的次数增加，轰击靶的离子数量增加，沉积速率加快，随着功率的进一步增大，沉积速率的增加趋向缓慢。通过XRD，EDX和SEM等手段对薄膜的分析表明，化学组成成分上与玻璃靶材相比没有变化，适合作为中间层为实现陶瓷与金属的阳极键合连接提供必要的前提条件。

阳极键合高压（脉冲）电源设计及键合工艺特性分析

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