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Pyrex玻璃与铝阳极键合界面结构及残余应力模拟分析

作　者: 鲁晓莹
导　师: 孟庆森
学　校: 太原理工大学
专　业: 材料加工
关键词: 阳极键合玻璃铝公共阳极有限元模拟残余应力
分类号: TB302.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

阳极键合技术(anodic bonding)是一种连接金属、半导体与陶瓷材料的重要方法,也是微电子封装中的常用工艺方法,随着微电子器件的发展,它在微电子制造领域的地位越来越重要。本文采用阳极键合技术,对玻璃-铝及多层晶片进行了键合试验,重点分析了阳极键合过程的键合机理及其工艺特性;采用光学显微镜、SEM、万能材料拉伸试验机等仪器分析了键合后界面结合区的微观组织结构及过渡区的形成机理。实验结果表明在金属与玻璃的键合界面处有明显的过渡层产生,EDS分析结果表明在界面两侧元素有明显的扩散迹象。在单层玻璃/铝试验的基础上,实现了多层晶片键合技术—公共阳极法,该方法可以看作是两个阳极键合的并联。在键合过程中阳极两侧的阴极材料中的离子同时发生移动并形成耗尽层和两侧的静电场,进而界面两侧材料反应并结合在一起。公共阳极法是一种可靠的多层晶片的键合技术。对玻璃-铝和玻璃-铝-玻璃键合结构的有限元模拟对比分析结果表明,三层键合结构的变形量明显小于单层结构。三层结构应力分布呈对称状态,相对单层键合残余应力有所缓解。随着键合温度的增加,残余应力增大,且应力与温度近似服从线性规律。无论三层对称结构还是单层键合,铝/玻璃界面处收缩变形量都较大。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-21
  1.1 前言  10-11
  1.2 阳极键合的分类及应用  11-17
    1.2.1 玻璃与铝的键合  11-13
    1.2.2 玻璃与硅的键合  13-14
    1.2.3 硅-硅键合与玻璃-玻璃键合  14-15
    1.2.4 玻璃与合金的键合  15-16
    1.2.5 玻璃和PZT陶瓷的键合  16-17
  1.3 阳极键合的影响因素  17-18
    1.3.1 温度与电压  17
    1.3.2 时间  17
    1.3.3 电源的影响  17
    1.3.4 热膨胀系数  17-18
    1.3.5 气氛的影响  18
    1.3.6 压力和表面粗糙度  18
  1.4 阳极键合的基本原理研究  18-19
  1.5 热应力有限元模拟分析  19
  1.6 本课题研究的背景及主要研究内容  19-21
    1.6.1 本课题研究的背景  19-20
    1.6.2 本课题的研究内容  20-21
第二章试验条件和实验方法  21-23
  2.1 实验材料  21
  2.2 阳极键合试验设备和操作过程  21-22
    2.2.1 阳极键合试验过程  22
    2.2.2 阳极键合的试验方案设计  22
  2.3 试验分析仪器  22-23
第三章硼硅玻璃与铝的阳极键合  23-30
  3.1 试验过程  23
  3.2 电流特征  23-25
  3.3 工艺因素的影响  25-26
    3.3.1 温度  25-26
    3.3.2 电压  26
  3.4 界面结构及键合机理分析  26-28
    3.4.1 玻璃/铝界面显微结构  26-28
    3.4.2 玻璃/铝键合界面相结构  28
  3.5 本章小结  28-30
第四章多层晶片的公共阳极法键合  30-40
  4.1 公共阳极法键合玻璃-铝箔-玻璃  30-39
    4.1.1 试验过程  30-31
    4.1.2 试验结果及其分析  31-33
    4.1.3 键合界面的微观组织分析  33-35
    4.1.4 键合机理分析  35-36
    4.1.5 力学性能测试  36-39
  4.2 本章小结  39-40
第五章 Pyrex玻璃与铝阳极键合的模拟分析  40-56
  5.1 热应力及有限元分析  40
    5.1.1 热应力及残余应力  40
    5.1.2 有限元法分析  40
  5.2 建立1/4对称有限元模型  40-43
  5.3 施加边界条件，载荷和求解  43-44
  5.4 模拟结果分析  44-54
    5.4.1 应力应变分布特点  44-47
    5.4.2 变形分析  47-48
    5.4.3 玻璃/铝单层结构自由解分析  48-50
    5.4.4 玻璃/铝/玻璃三层结构自由解分析  50-51
    5.4.5 键合参数对于键合输出结果的影响  51-54
  5.5 本章小结  54-56
第六章结论  56-58
参考文献  58-63
致谢  63-64
攻读硕士期间发表的论文及研究成果  64

Pyrex玻璃与铝阳极键合界面结构及残余应力模拟分析

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