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《微機電系統技術基礎課件 4》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、微機械制造技術3.5固相鍵合技術3.5.1技術要求1.概述固相鍵合技術是利用各種結合工藝，把若干具有平面結構的零件重疊接合在一起，構成三維結構部件。常用的鍵合方法有：（1）陽極鍵合（2）熱熔鍵合（3）共熔鍵合（4）低溫玻璃鍵合及冷壓焊接等6/28/20211微機電技術基礎微機械制造技術2.鍵合應滿足的技術要求（1）殘余熱應力盡可能小（2）實現機械解耦，以防止外屆應力干擾（3）足夠的機械強度和密封性（4）良好的電絕緣性6/28/20212微機電技術基礎殘余熱應力為了避免互聯后產生熱應力，應選用膨脹系數相互接近的材料。853℃565℃
2、硼硅酸玻璃6/28/20213微機電技術基礎微機械制造技術機械隔離技術為了減少外界應力的干擾，對其中的核心部件和連接的邊緣支座實現機械解耦。以硅為例，有兩種隔離方案（1）硬隔離，即把邊緣支座設計的具有足夠大的剛度，固有頻率很高（2）設計固體固有頻率很低的軟隔離結構（隔離帶）。解耦：是相互聯系很密切的子系統加進一些緩沖環(huán)節(jié)，使它們之間的聯系減弱，相互依賴性減少。6/28/20214微機電技術基礎微機械制造技術a硬隔離b軟隔離硬隔離能量傳遞函數fh,fs代表邊緣支座和硅膜片的固有頻率軟隔離能量傳遞函數fl,fs代表軟隔離帶和硅膜片的固
3、有頻率隔離問題6/28/20215微機電技術基礎微機械制造技術明顯隔離的條件fh/fs≥10,fs/fl≥10邊緣高度h，和硅膜片δ值比大于15時，可以明顯降低從基座引入敏感部件的外界干擾6/28/20216微機電技術基礎機械強度與密封正確運用前面介紹的各種連接方法，常溫下的機械強度可達到連接材料自身的強度，且接合面具有良好的密封性能。絕緣性為實現微結構互聯中的電隔離，常在襯底材料表面淀積起絕緣作用的介質膜。微機械制造技術6/28/20217微機電技術基礎微機械制造技術3.5.2鍵和方法3.5.2.1陽極鍵合1.概述陽極鍵合又稱靜
4、電鍵合或場助鍵合。陽極鍵合技術可將硅與玻璃、金屬及合金在靜電場作用下鍵合在一起，中間務需任何粘接劑。特點：鍵合界面具有良好的氣密性和長期的穩(wěn)定性。6/28/20218微機電技術基礎2.硅與玻璃的陽極鍵合原理條件：硅與玻璃的鍵合可在大氣或真空環(huán)境下完成。鍵合溫度為180-500oC，接近于玻璃的退火點，但在玻璃的熔點以下。原理圖500VHotplate(300～500℃)GlassSiliconElectrostaticforce6/28/20219微機電技術基礎微機械制造技術2.硅與玻璃的陽極鍵合原理與過程把將要鍵合的玻璃拋光面與
5、硅拋光面面對面地接觸，玻璃的另一面接負極，整個裝置由加熱板控制，硅和加熱板也是陽極。當在極間施加電壓（200-1000V視玻璃厚度而定)時，玻璃中的Na+離子向負極方向漂移，在緊鄰硅片的玻璃表面形成寬度約為幾微米的耗盡層。由于耗盡層帶負電荷，硅片帶正電荷，所以硅片和玻璃之間存在較大的靜電吸引力，使二者即刻緊密接觸。在鍵合溫度（180-500oC）下，緊密接觸的玻璃與硅界面上將發(fā)生化學反應，形成牢固的化學鍵，促成玻璃與硅在界面上實現。鍵合強度可達到玻璃或硅自身的強度值甚至更高。6/28/202110微機電技術基礎微機械制造技術3.玻
6、璃與硅陽極鍵合的過程6/28/202111微機電技術基礎微機械制造技術硅與硼硅酸玻璃陽極鍵合停止過程在陽極鍵合過程中，加上電壓后，即刻有一電流脈沖產生；稍候，電流幾乎降為0，表明此時鍵合已經完成。所以可以通過觀察外電路中電流的變化，判斷鍵合是否已經完成。6/28/202112微機電技術基礎微機械制造技術硅與硅的互連硅與硅的互連，也能用陽極鍵合實現，但在2片硅片間須加入中間夾層。常用的中間夾層次材料為硼硅酸鹽玻璃。過程如下：（1）首先把要鍵合的硅片拋光（2）在一個硅片上淀積一層厚2-4微米的玻璃（3）陰極接在有玻璃的硅片上，陽極接在
7、另一硅片上結構如圖：6/28/202113微機電技術基礎微機械制造技術3.5.2.2Si-Si直接鍵合1.概述兩片硅片通過高溫處理，可直接鍵合在一起，中間勿需任何粘接劑和夾層，也勿需外加輔助電場。這種技術是將硅片加熱到1000oC以上，使其處于熔融狀態(tài)，分子力導致兩個硅片鍵合在一起。這種技術稱為硅熔融鍵合，或直接鍵合。6/28/202114微機電技術基礎微機械制造技術2.硅-硅直接鍵合與陽極鍵合比較硅-硅鍵合可以獲得硅-硅界面，實現材料的熱膨脹系數、彈性系數等的最佳匹配，得到硅一體化結構。有利于提高產品的長期穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。6
8、/28/202115微機電技術基礎微機械制造技術2.Si-Si或SiO2-SiO2鍵合的關鍵Si-Si或SiO2-SiO2鍵合的關鍵是硅表面的活化處理、表面光潔度、平整度以及在工藝過程中的清潔度。6/28/202116微機電技術基礎3.硅-硅鍵合的
