基于阳极键合的玻璃与金属扩散连接界面行为及力学性能研究

发布时间：2024-04-19 21:06

　　阳极键合,亦称为静电键合或场助键合,最初开发于20世纪60年代末,现已成为微机电系统(MEMS)封装制造过程中玻璃与金属连接的重要技术之一。玻璃与金属的连接广泛应用于电子、航空、航天等领域,但是由于两者在物理化学性能上的巨大差异,可靠的连接并不容易实现。随着MEMS器件集成度和复杂度的提高以及应用领域的拓展,实现多层晶片间的键合及拓展连接金属的种类是当下亟待解决的问题。本文首先利用两步法实现了Si-glass-Al的阳极键合,着重研究了键合过程中的电流变化规律。在此基础上,提出了一种应用于玻璃-金属板连接的新型技术—阳极键合钎焊复合法,通过先进行玻璃与铝箔的阳极键合,再与铜进行钎焊的方法,实现了玻璃与铜的可靠连接,建立了glass-Cu界面演变模型,重点研究了钎焊时间及Sn-Zn钎料中的Zn含量对结合界面的微观结构和力学性能的影响。研究结果表明,对于Si-glass-Al三层晶片的阳极键合,两次阳极键合的电流变化规律一致,且第二次键合的电流峰值总是大于第一次,结合提出的电流-时间模型,表明键合材料之间因不完全接触而产生的电阻会对电流峰值产生显著影响。在Si/glass及glass/Al...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 阳极键合封装技术研究进展
        1.2.1 键合机理
        1.2.2 键合材料
        1.2.3 阳极键合技术改进
        1.2.4 阳极键合的应用
    1.3 玻璃-金属连接研究现状
        1.3.1 热压键合
        1.3.2 活性钎焊连接
        1.3.3 玻璃表面金属化后钎焊
        1.3.4 电场辅助钎焊
    1.4 本文研究的目的和主要内容
第二章 试验方法与设备
    2.1 试验材料
    2.2 试验主要设备
        2.2.1 真空微纳焊机装置
        2.2.2 坩埚电阻炉
        2.2.3 智能加热平台
    2.3 试验步骤
        2.3.1 Si-glass-Al三层晶片键合流程
        2.3.2 Glass-Cu钎焊连接流程
    2.4 分析测试方法
        2.4.1 界面微观结构分析
        2.4.2 界面元素分布
        2.4.3 界面键合率测定
        2.4.4 力学性能测试
第三章 Si-glass-Al阳极键合电流特性及力学性能研究
    3.1 引言
    3.2 Si-glass-Al三层晶片结构的制备
    3.3 Si-glass-Al阳极键合电流特性
        3.3.1 三层晶片阳极键合电流模型的建立
        3.3.2 试验条件下阳极键合电流特性
    3.4 Si-glass-Al键合界面微观结构及其力学性能
        3.4.1 界面微观结构
        3.4.2 结合界面的力学性能
    3.5 本章小结
第四章 Glass与Cu的低温钎焊连接机理及界面行为研究
    4.1 引言
    4.2 Glass-Al-solder-Cu接头的制备过程
    4.3 Glass-Al的阳极键合界面及力学性能
        4.3.1 键合电流特性
        4.3.2 键合界面微观结构
        4.3.3 界面元素分布
        4.3.4 界面键合率
        4.3.5 结合界面力学性能
    4.4 Glass-Al-solder-Cu界面微观结构
    4.5 Glass-Cu界面演化机制分析
    4.6 Glass-Cu接头力学性能
    4.7 本章小结
第五章 Zn含量对Glass与Cu低温钎焊性能的影响
    5.1 引言
    5.2 Sn-xZn钎料在金属化玻璃及铜表面的润湿性
    5.3 Glass/Sn-xZn/Cu界面微观结构
    5.4 Zn含量对Glass-Cu接头力学性能的影响
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号：3958378