五層玻璃與鋁靜電鍵合機(jī)理及應(yīng)力數(shù)值模擬.pdf

1、靜電鍵合是利用電、熱、力等多場(chǎng)耦合作用下實(shí)現(xiàn)金屬或半導(dǎo)體與非金屬（如玻璃、陶瓷等）固相熱擴(kuò)散連接的一種特殊方法，具有優(yōu)異的工藝特點(diǎn):溫度低、壓力低、快速和簡(jiǎn)便等。這種工藝方法現(xiàn)已發(fā)展成為一種用于微機(jī)械電子系統(tǒng)(MEMS)器件封裝的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著微電子技術(shù)的深入發(fā)展對(duì)巨大產(chǎn)業(yè)的需求，靜電鍵合技術(shù)也朝著更加復(fù)雜和實(shí)用的方向發(fā)展，并不斷在新的領(lǐng)域開(kāi)展應(yīng)用研究，多層靜電鍵合技術(shù)就是在不斷產(chǎn)生的實(shí)際需求中發(fā)展起來(lái)的。
　　針對(duì)目前靜電鍵

2、合通常采用兩個(gè)電極通過(guò)一次電極反接的方式實(shí)現(xiàn)多層樣片之間的鍵合存在的缺陷，如第二次鍵合過(guò)程中在第一次鍵合面形成的反向電壓會(huì)減弱鍵合的強(qiáng)度等，對(duì)以前的鍵合設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，研制了一套能使用兩步法和共陽(yáng)極法的多層靜電鍵合的專(zhuān)用設(shè)備，并應(yīng)用該設(shè)備采用共陽(yáng)極法進(jìn)行了玻璃與鋁的五層的靜電鍵合工藝試驗(yàn);鍵合完成的試樣采用光學(xué)金相顯微鏡、掃描電鏡等觀察了微觀組織。從多層靜電鍵合過(guò)程中鍵合界面的靜電場(chǎng)分布規(guī)律、離子遷移規(guī)律、緊密接觸區(qū)的變化規(guī)律等特征方面

3、入手，深入分析多層靜電鍵合的微觀形貌特征及反應(yīng)產(chǎn)物在過(guò)渡層中的分布規(guī)律，深入探討界面極化、界面結(jié)構(gòu)及離子傳輸特征等，最終形成多層靜電鍵合的離子動(dòng)態(tài)遷移機(jī)理;采用MARC非線性有限元分析軟件，分析五層玻璃與鋁靜電鍵合試件從500℃冷卻到室溫時(shí)試件的翹曲變形量和變形形狀、應(yīng)力和應(yīng)變分布的規(guī)律。
　　玻璃與鋁五層共陽(yáng)極鍵合時(shí)，在鋁的兩側(cè)玻璃中同時(shí)產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)的離子流和Na+離子耗盡層，五層玻璃與鋁共陽(yáng)極靜電鍵合時(shí)各元素的分布在鋁的兩側(cè)呈對(duì)稱(chēng)

4、分布，玻璃與鋁五層共陽(yáng)極鍵合電流的變化趨勢(shì)和玻璃與鋁兩層鍵合時(shí)的電流變化趨勢(shì)大體一致，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)五層鍵合時(shí)的電流—時(shí)間關(guān)系和三層、兩層有絕對(duì)的數(shù)量關(guān)系。
　　研究表明，玻璃與鋁靜電鍵合試樣在由鍵合溫度恢復(fù)到室溫后，試樣中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形;通過(guò)五層玻璃與鋁共陽(yáng)極靜電鍵合試件的有限元分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，整個(gè)試樣中的最大等效應(yīng)力和最大剪應(yīng)力都出現(xiàn)在鍵合試件的過(guò)渡層上，這種現(xiàn)象類(lèi)似于金屬焊接時(shí)殘余應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在熱影響區(qū)，所以多層玻璃與鋁靜