基于玻璃网络结构控制的硅基材料基片低温键合机理研究

发布时间：2024-04-16 05:34

　　硅基材料是MEMS器件制造的重要材料,为了避免封装过程中高温工艺对器件的不利影响,该类材料的低温连接方法受到科研工作者的广泛关注。硅基玻璃材料的连接,特别是高纯度光学紫外石英玻璃的低温连接在微流控芯片制造上的应用是业界的重大难题。此外,随着MEMS技术及电子元器件3D封装技术的发展,为了进一步提高器件封装密度,单晶硅基片的低温直接键合技术更是备受瞩目。本文以石英玻璃和单晶硅两种氧化硅表面材料为对象,在控制玻璃材料基体和表面网络结构的基础上,分别研究无铅低熔点玻璃浆料和湿化学表面活化低温键合硅基材料基片的连接机理。通过设计铋系铋硼硅三元体系的无铅低熔点玻璃浆料,论文研究了氧化铋和氧化硼两种氧化物含量对玻璃网络结构及其热性能的影响规律。通过调整氧化物含量配比控制玻璃网络结构及其热性能,制备了一种玻璃化转变温度较低的铋硼硅无铅低熔点玻璃。然而,该铋硼硅玻璃虽能达到较低的玻璃化转变温度,但软化温度仍较含铅玻璃高。为进一步降低无铅玻璃浆料的烧结温度,论文以铋硼锌三元玻璃为主体,微量添加氧化硅和氧化钛两种氧化物对玻璃基体网络结构进行控制,进而调整玻璃浆料的化学稳定性及热膨胀系数。基于铋锌硼体系开发...

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1晶圆键合方法与键合温度、CMOS兼容、键合强度及密封性的关系

第1章绪论片的连接。由图1-1可知，相比其他CMOS兼容键合方法法和低温直接键合法在键合温度和键合强度方面有一定的键合温度下实现较高的键合强度，仅次于阳极键合。而另一是否使用中间层材料进行分类，可分为直接键合和中间层的中间层键合方法中有胶粘法、钎焊、低熔点玻璃浆料....

图1-2硅/玻璃阳极键合原理图

强度（约10MPa），但考虑到粘接接头的热稳定性、对较差，本论文不予采用。阳极键合法合法自1969年G.Wallis和D.I.Pomerantz[18]发明以来来越广泛。从一开始只能实现金属与玻璃键合，到如（如硅片与玻璃、硅片与石英晶片、石英晶片之间以合层数也从单层到....

图1-3硅片亲水和疏水表面键合温度和表面结合能的关系

过的硅片先在室温下直接贴合，在氢键或范德华力[34经高温退火处理形成可靠的硅直接键合接头，这就是性表面的键合在后续升温过程中遵循反应式（1-1），反排出界面或者渗进硅基体使得硅基体进一步氧化。氧化反应生成的H2将缓慢扩散排出界面。222HO+SiSiOH于....

图1-4HF键合7740玻璃芯片的光学性能[38]

23Si–NH+HO–SiSi–O–SiNH222Si–NH+NH–SiSi–N–N–Si2H如果将硅片换成石英玻璃，上述反应也会发生，所合。关键的技术难题是如何提高玻璃表面活化键的温度。B.Renberg等....

本文编号：3956527