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SiO_2-Na2O-AlO功能玻璃与金属的共阳极键合试验研究

作 者: 郭劲言
导 师: 孟庆森
学 校: 太原理工大学
专 业: 材料学
关键词: 阳极键合 玻璃  脉动电源 溶胶-凝胶
分类号: TQ171.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


阳极键合(anodic bonding)技术是常用在微电子封装中的一种利用电和热相互作用连接金属、半导体与陶瓷材料的手段。它在微电子制造领域的中有着重要地位。共阳极法等效视作是两个或者多个单层阳极键合过程的并联键合法,键合过程是在外加电场的作用下,两侧的阴极材料同时发生向阳极的离子迁移,并在界面处形成耗尽层,进而和阳极材料反应并有效结合在一起。可以用于多层微电子机械系统的制备。本文对阳极键合技术所需要的工艺条件设计了可以满足试验工艺参数的AB-1000型阳极键合反应炉。采用脉动发生器调制电路,其优点是可以持续高效地为键合试样提供稳定的高压直流电压。本文采用正交试验对玻璃-多层晶片进行共阳极键合工艺性试验,重点分析键合过程的键合机理及其工艺参数影响;采用光学显微镜、SEM、XRD、万能材料拉伸试验机等仪器分别对键合材料分析了键合后界面结合区的微观组织结构以及键合试样的力学性能,并探讨了过渡区形成的机理。界面的微观组织分析表明界面本质是离子的迁移和扩散,结合区由玻璃(陶瓷)-扩散过渡层-金属的结构形成,扩散过渡层在界面两侧的化学元素呈梯度分布。研究认为:金属与玻璃的阳极键合的根本是在键合过程中离子扩散和界面处的氧化。键合过程中电压、温度是影响键合反应的主要因素。界面形貌和EDS分析显示在金属与玻璃的键合界面处有明显的过渡层产生,界面两侧元素处呈梯度分布,元素扩散迹象明显。玻璃-铝-玻璃阳极键合试件结合强度随温度和电压的增加而增加,断裂发生在靠近铝界面的玻璃基体中,表明界面的结合强度高于基体材料。因此本文认为共阳极法是一种可靠的键合多层晶片的技术。溶胶-凝胶技术应用在阳极键合试样中形成了均匀的涂层而且在界面处有过渡区。可以通过该技术对形状复杂的微电子元器件进行阳极键合。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-22
  1.1 阳极键合的概念和研究进展  9-13
  1.2 阳极键合技术的应用  13-16
    1.2.1 玻璃与硅、玻璃间的连接.  14-15
    1.2.2 玻璃与金属和合金间的连接  15
    1.2.3 运用阳极键合技术实现玻璃、硅与金属的多层连接  15-16
  1.3 阳极键合过程中需要解决的问题.  16-17
    1.3.1 关于阳极键合机理的研究.  16-17
    1.3.2 改进工艺方法  17
  1.4 溶胶-凝胶法制备有机-无机杂化膜的研究  17-20
  1.5 本研究主要内容和学术思想.  20-22
第二章 试验部分  22-25
  2.1 试验所用材料  22-23
    2.1.1 试验用硼硅玻璃  22
    2.1.2 试验用材料  22-23
    2.1.3 溶胶-凝胶用材料  23
  2.2 试验设备及测试方法  23-25
第三章 阳极键合反应电源的研制  25-36
  3.1 高压脉动电源的设计  26-32
    3.1.1 可调式直流高压电源基本工作原理  27-29
    3.1.2 脉冲控制电路的控制原理  29-31
    3.1.3 脉动发生器调制电路介绍  31
    3.1.4 数据采集及显示电路原理  31-32
  3.2 温控加热装置的设计  32-33
  3.3 电源的设计  33-36
第四章 玻璃和铝的多层晶片的键合试验  36-48
  4.1 公共阳极法键合玻璃-铝箔-玻璃试验过程  36-38
    4.1.1 试样的前期准备  36
    4.1.2 键合试验过程  36-38
  4.2 试验结果及其分析  38-42
    4.2.1 电流特征  38-40
    4.2.2 键合因素的影响  40-42
  4.3 键合界面的微观组织分析  42-44
  4.4 键合机理  44-46
  4.5 力学性能测试  46-48
第五章 溶胶-凝胶法制备 Si0_2-Na_2O-AlO 薄膜  48-55
  5.1 溶胶-凝胶涂层的制备试验  48-51
    5.1.1 溶胶-凝胶法试样基体的预处理  48
    5.1.2 溶胶的制备  48-49
    5.1.3 在基体材料上形成涂层  49
    5.1.4 涂层的干燥和烧结固化  49-51
  5.2 试验结果的分析  51-55
    5.2.1 采用不同前驱体制备溶胶-凝胶层的涂层性能.  51-52
    5.2.2 SiO_2-Na_2O-AlO 薄膜界面结构分析  52-55
结论  55-56
参考文献  56-61
致谢  61-62
攻读硕士期间发表的论文及研究成果  62

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 玻璃工业 > 基础理论
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