Pyrex玻璃与金属阳极键合机理及界面结构和力学性能的分析
厦门大学材料科学基础二Glass02玻璃的结构学说
玻璃的基本网络参数
➢ X＝每个网络形成物多面体中平均非桥氧 。 ➢ Y＝每个网络形成物多面体中平均桥氧数。 ➢ Z＝每个网络形成物多面体中氧离子平均总数（一般硅
酸盐和磷酸盐玻璃中为4，硼酸盐玻璃中为3） ➢ R＝玻璃中氧离子总数与网络形成离子总数之比。(硅酸
盐玻璃中的 O/Si 比)
X+Y=Z X+1/2Y=R
当碱金属离子含量少，氧硅比较低时，对粘度起主要作用 的是处于四面体之间Si-O-R-Si中的R-O键力。R-O健越强， 则对Si-O链的削弱能力越大。系统按Li2O, Na2O, K2O中 碱金属离子半径增大的次序而粘度增加。
当氧硅比值高时，四面体在很大程度上依靠R-O健连接， 所以半径最小的Li离子，静电作用力最大，系统粘度最高。 粘度的变化按Li2O, Na2O, K2O而递减。
硅酸盐玻璃和硅酸盐晶体结构的基本区别：
➢ 晶体中硅氧四面体结构排列是单一的，是严格有序的， 而在玻璃中则是无序排列的。晶体是一种结构贯穿到底， 玻璃在一定组成范围内往往是几种结构的混合。
➢ 晶体中低价的阳离子占据点阵的位置，而在玻璃中，它 们统计地分布在网络的间隙 。
➢ 晶体中，只有半径相近的阳离子能发生互相置换，玻璃 中，只要遵守静电价规则，不论离子半径如何，网络调 整离子均能互相置换。在玻璃中析出晶体时也有这样复 杂的置换。
➢ Vycor玻璃是1934年美国康宁 公司研究人员在研究硼硅玻璃 分相时发明的一种高硅玻璃 。
➢ 制备方法：先制备10%Na2O30% B2O3-60%SiO2玻璃，然后 在较低的温度下（~600℃）退 火数小时使过冷玻璃体发生分 相，所得玻璃相之一其组成接 近于纯氧化硅，另一玻璃相则 富于Na2O和B2O3。
微晶玻璃与不锈钢阳极键合残余应力分析
微晶玻璃与不锈钢阳极键合残余应力分析李丽秀;龚伟;王恩泽;王丽阁【摘要】微机电系统封装过程中产生的应力会影响其封装效果与使用寿命,针对微晶玻璃与不锈钢阳极键合温度引起的残余应力问题,采用MARC有限元软件对微晶玻璃与不锈钢键合冷却过程模拟.分析了微晶玻璃与不锈钢在不同厚度比值与面积比值键合结构下的残余应力分布规律.结果表明:微晶玻璃与不锈钢厚度比值越小,最大残余应力越小;随着不锈钢与微晶玻璃面积比值的增大,残余应力逐渐趋于平稳.研究结果为改善微晶玻璃与不锈钢阳极键合质量提供了理论参考与设计依据.%The stress generated in the process of MEMS packaging will affect the sealing effectiveness and service life.The MARC finite element software is used to simulate the cooling process of anodic bonding between glass-ceramic and stainless steel in this paper,and solve the problem about residual stress caused by the bonded temperature.Meanwhile analyze the residual stress distribution in different thickness ratios and area ratios of anodic bonded structure between glass-ceramic and stainless steel.The results show that glass-ceramic and stainless steel thickness ratio is smaller, the smaller the maximum residual stress.With the increase of stainless steel and glass-ceramic area ratios, residual stress trend to reduce gradually.The result provides a theoretical basis and design reference to improved glass-ceramic and stainless steel anodic bonding quality.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)0z1【总页数】4页(P9-12)【关键词】微晶玻璃;不锈钢;阳极键合;残余应力;有限元【作者】李丽秀;龚伟;王恩泽;王丽阁【作者单位】西南科技大学材料科学与工程学院,四川绵阳 621010;西南科技大学制造科学与工程学院,四川绵阳 621010;西南科技大学材料科学与工程学院,四川绵阳 621010;西南科技大学材料科学与工程学院,四川绵阳 621010【正文语种】中文【中图分类】TH16;TQ1711 引言封装作为微机电系统（MEMS）中最关键的技术之一，广泛应用于机械电子系统和微机械微仪表中[1]。
玻璃与金属阳极键合界面结构及力学性能
01 摘要
03 实验方法
目录
02 引言 04 参考内容
摘要
摘要
玻璃与金属阳极键合是一种广泛应用于电子、通信、能源等领域的关键技术。 界面结构与力学性能是影响键合质量和稳定性的重要因素。本次演示研究了玻璃 与金属阳极键合界面结构及力学性能，通过实验方法分析了界面结构特征和力学 性能参数及其影响因素。结果表明，优化工艺参数和选择合适的材料可以改善界 面结构和力学性能。本次演示对进一步深入研究玻璃与金属阳极键合技术具有一 定的参考价值。
内容摘要
超声键合界面金属学的基本原理是超声波的传播和振动在金属材料表面产生 相互作用，引发表面层材料的塑性变形、晶格振动、热效应等现象，从而导致材 料表面的结合和键合。其中，超声波的频率、振幅、波形、作用时间等参数对于 超声键合的效果有着重要的影响。
内容摘要
在理论分析方面，本次演示将主要从超声波的传播和振动特征、金属材料的 表面特性和声学参数、超声键合的能量机制等方面进行探讨。首先，超声波的传 播和振动特征包括其波形、频率、振幅等参数，这些参数的变化将直接影响到超 声键合的效果。其次，金属材料的表面特性和声学参数也是影响超声键合的重要 因素，包括表面的粗糙度、氧化程度、硬度等。
内容摘要
在未来的研究中，我们将进一步深入研究不同金属材料之间超声键合的差异 和特点，以及超声波与其他物理场（如磁场、电场）的相互作用和复合效应等问 题，为实际应用提供更为丰富和深入的理论依据和技术支持。
参考内容二
一、超声引线键合点形态
一、超声引线键合点形态
超声引线键合点是指通过超声波振动将金属导线与芯片或基板连接起来的连 接点。超声引线键合点的形态包括圆形、椭圆形、扁平形等，其中圆形是最常见 的形态。
玻璃与铝多层阳极键合接头力学性能分析
键合 温 度 ４ ０ Ｃ、键 合 时 间１ ｎ 件下 ， 当电压 从 ０ ５ｍｉ条
４ ０Ｖ增 加 到 ７ ０Ｖ时 ，剪 切 强 度 增 加 超 过 ２倍 （ ０ ０ 从 １ ． ａ 至 ２ ． ａ 。可见键 合 温度 和 电场 电压 １ ３ＭＰ 增 ３ ５ＭＰ ） 对 剪 切强 度 有显 著影 响 ，均 随温度 和 电压 的升 高而增
大 ，最 大强 度值 为２ ． ａ ３ ５ＭＰ 。显然 在键 合过 程 中随着 温 度 和 电压 的升 高 ，静 电场力 增大 ，紧密接 触 面积增 大， 离子 的扩散 迁 移增 大 ， 面化 学反 应更 加 充分 ， 界 形
２ 力 学 性 能 分 析
余 应力 与变 形 的有 限元分 析 尚未 见报 道 。本 文 进行 了 键 合试 样 的微拉 伸试 验 ，并 建立 了多层 玻璃 与 铝连 接 界 面应力 应 变分 析 模 型 ，为 ＭＥ ＭＳ新产 品 的设 计及
质 量提 高提供 了理论依 据 ｌ 。 ＿ ２ ］
玻 璃 与铝 多层 阳极 键 合 接 头 力 学性 能分 析
阴 旭 ， 贾托 胜
（ 原 科 技 大 学 材 料 科 学 与工 程 学 院 ， 山 西 太 原 太 ００２） ３ ０ ４
摘要 ： 阳极 键 合 是 一 种 利 用 电 和 热 相 互 作 用 实 现 固体 电解 质 玻 璃 （ 陶瓷 ） 金 属 材 料 固 态连 接 的 一 种 新 方 法 。 与 运 用 共 阳极 法 实 现 多层 玻 璃／ 的键 合 ， 采 用 微 拉伸 试 验 和 ＭＡＲ 非线 性有 限 元 分 析 软 件 ， 析 了玻 璃 与 铝 多 铝 并 Ｃ 分 层 键 合 试 件 冷 却 后 ，接 头 的 力 学 性 能 和 残 余 应 力 分 布 状 况 。 验 发 现 ， 玻 璃 ／ ／ 璃 多层 连 接 区 ， 台界 面 试 在 铝 玻 键 附 近 的残 余 应 力 和 应 变 呈 对 称 分 布 ， 层 结 构 的 对 称 性 有 利 于 缓 解 接 头 应 变 和 应 力 ， 明 应 用 公 共 阳 极 法 可 实 多 表
16硼硅玻璃与硅阳极键合机理及其界面微观结构分析
摘 要 为提高玻璃与硅的阳极键合技术在微电子制造和封装过程中的稳定性， 对硼硅玻璃与硅进行了阳极键合试验，
通过工艺试验，从固态热力学角度分析键合温度和电压对硅/玻璃键合质量的影响；通过扫描电镜对硅/玻璃键合界面的
微 观 结 构 进 行 分 析 ，认 为 键 合 温 度 和 界 面 区 的 强 电 场 是 形 成 界 面 过 渡 层 的 主 要 因 素 ，界 面 过 渡 层 的 形 成 促 进 了 硅/玻 璃
［7］ Johnson G R，Cook W H． A constitutive model and data for metals subjected to large strains，high strain rates and high temperatures ［C］∥Proceedings of the 7th International Symposium on Ballistics． The Hague，Netherlands，1983：541-547．
通过与实验装置相连的计算机测出键合过程中电
直流 电源
记录仪
玻璃 硅
加热炉腔
压力板
极板
热电偶 控温仪
电阻
保护气体或 真空系统
图 1 阳极键合试验装置 Fig.1 Experiment device used for anodic bonding
流随时间变化曲线， 键合完成后用高强度胶将试件两 侧粘接延伸棒，然后在 WD-10 型电子拉伸试验机上测 试键合强度，用 LED-438VP 扫描电镜分析键合界面微 观结构及微区成分分布。
［5］ 牛 靖 ，董 俊 明 ，何 源 ，等． 超 高 强 钢 30CrMnSiNi2A 冲 击 韧 度 试验研究［J］． 机械强度，2006，28（4）：607-610．
硼硅玻璃与硅阳极键合机理分析
近 年 来 ， 微 电 子 机 械 系 统 （ ＭＥＭＳ） 技 术 得 到 了 广 泛的重视和发展， 阳极键合技术是ＭＥＭＳ制作和封装 技术中重要的工艺方法之一， 由于其具有连接温度低、 速度快、工艺简单及可连接异质材料的特点， 在微型机 械、微传感器、微型仪表的制造以及电真空、航空领域、 太阳能电池等方面得到广泛的应用［１－３］， 通过阳极键合 技术来实现功能陶瓷与金属（ 或半导体） 的连接， 大多 采 用 溅 射 玻 璃 薄 膜 作 为 陶 瓷 基 体 的 过 渡 层 ［１、３、８］， 其 实 质还是玻璃与硅（ 或金属） 的键合， 因而玻璃／硅阳极键 合机理研究就显得尤其必要。
对 键 合 试 样 的 拉 伸 试 验 表 明 ， 键 合 力 为 １７～２５ ＭＰａ， 破坏裂纹均产生于玻璃内部， 沿玻璃扩散， 有时 通过界面扩散到硅中而键合界面并无破坏， 说明键合 质量良好。通过对玻璃／硅阳极键合电流测量表明， 温 度越高， 电压越大， 电流峰值越大。图４为玻璃／硅阳极 键合电流变化的典型曲线， 在阳极键合初期电流迅速 增加， 而后又迅速下降， 最后稳定在一很小的数值上。 ２．２ 阳极键合的机理研究
４ 结论
玻璃／硅阳极键合界面有过渡层生成， 分析认为是 在阳极键合过程中玻璃耗尽层中的氧负离子受强电场 力作用向界面迁移， 并与硅发生不可逆氧化反应形成 的， 中间过渡层的形成是硅／玻璃实现牢固连接的主要 原因。
玻璃与铝在不同层数结构下的阳极键合界面力学性能
力随层数增加 的变化趋势，分析结果表 明，由于多层结构的对称性 ，最大的等效应力发 生在 中
铝与玻璃的阳极键合
铝与玻璃的阳极键合刘子建;孟祥峰【摘要】本文简要介绍了玻璃与铝阳极键合原理、工艺特点、影响因素，给出了最佳工艺参数。
【期刊名称】《有色金属加工》【年(卷),期】2011(040)004【总页数】3页(P8-10)【关键词】阳极连接；键合原理；工艺参数【作者】刘子建;孟祥峰【作者单位】辽宁工程职业学院，辽宁铁岭112000;辽宁工程职业学院，辽宁铁岭112000【正文语种】中文【中图分类】TG496铝是一种良好的电学材料，随着科学技术的发展需要，铝与玻璃的连接技术一直在不断向前发展，尤其是近年来随着微电子机械系统(MEMS)的发展，晶片键合技术在材料组装及封接方面变得尤为重要[1]。
该技术广泛用于真空封装(vacuum packaging)，密封(heretic sealing)，封装(encapsulation)。
这两种材料连接方法大致有三种：第一种方法：熔化键合。
该方法耗能大，由于两者热膨胀系数差别很大，导致结合不牢固。
第二种方法：粘接法(adhesive bonding)。
用有机胶粘接，其缺点是工作使用温度不高，长期服役会发生老化，使粘接的机械强度变差。
第三种方法：阳极键合(anodic bonding)。
这一方法的特点是两基片材料直接键合，而不需附加任何中间层，键合温度底，键合后材料的尺寸形状变化小，且连接强度甚至于可以超过非金属材料本身的固有强度，密封性能好，其连接工艺温度随材料不同而异，工艺简单且易操作。
1 键合原理与过程1.1 阳极键合原理阳极键合过程实质是固体电化学反应过程，在键合温度条件下，玻璃中的碱金属离子受热离解，通电后施加于玻璃与阳极铝之间的电场使玻璃中的碱金属离子(主要是Na+)从阳极附近迅速向阴极移动，并在阴极表面析出，在玻璃与阳极界面附近形成约几μm厚的极化碱金属离子耗尽层，负电荷在该耗尽层内积累；同时在阳极铝表面产生相应多的镜像电荷，使得在玻璃耗尽层与铝界面产生高强电场，玻璃厚度方向上的电压降主要在耗尽层区域，非耗尽层区域电压降较小，耗尽层附近电场高达106V/cm[2]，电场在阳极铝和玻璃界面产生了巨大的静电场吸引力，耗尽层中氧负离子向阳极铝界面移动，使玻璃的耗尽层产生弹性变形及粘性流动最终与铝表面紧密接触，最后在铝/玻璃界面处发生了不可逆的氧化反应(如图1)。
表面活化处理在激光局部键合中的应用
表面活化处理在激光局部键合中的应用聂磊;史铁林;汤自荣;李晓平;马子文【摘要】为了研究低热应力键合工艺,提出了一种将表面活化直接键合与激光局部键合相结合的键合技术.首先采用RCA溶液对键合片进行表面亲水活化处理,并在室温下成功地完成了预键合.然后在不使用任何夹具施加外力辅助的情况下,利用波长1064nm、光斑直径500μm、功率70W的Nd:YAG连续式激光器,实现了激光局部键合,并取得了6.3MPa～6.8MPa的键合强度.结果表明,这种以表面活化预键合代替加压的激光局部键合技术克服了传统激光键合存在的激光对焦困难,以及压力不匀易损害键合片和玻璃盖板等缺点,同时缩短了表面活化直接键合的退火时间,提高了键合效率.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2007(031)005【总页数】3页(P476-478)【关键词】激光技术;局部键合;表面活化;键合强度【作者】聂磊;史铁林;汤自荣;李晓平;马子文【作者单位】华中科技大学,机械科学与工程学院,武汉,430074;华中科技大学,武汉国家光电实验室,武汉,430074;华中科技大学,机械科学与工程学院,武汉,430074;华中科技大学,武汉国家光电实验室,武汉,430074;华中科技大学,武汉国家光电实验室,武汉,430074;华中科技大学,机械科学与工程学院,武汉,430074;华中科技大学,武汉国家光电实验室,武汉,430074;华中科技大学,机械科学与工程学院,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】TN249引言键合是一种广泛应用于微机电系统(micro electromechanical systems,MEMS)和IC器件生产的工艺。
利用键合技术可以使各种经过抛光的半导体片形成一个整体，从而使以硅为核心的各种材料的集成成为现实,进而使系统、电路、器件与材料的一体化优化设计成为可能,使硅的超大规模集成电路(very large scale integration,VLSI)的潜力得以充分发挥,极大地促进了半导体技术的发展[1]。
《玻璃(陶瓷)与金属阳极键合界面结构及力学性能》
《玻璃（陶瓷）与金属阳极键合界面结构及力学性能》篇一一、引言玻璃和陶瓷材料在科技、工程、日常生活等领域的应用非常广泛。
其中，玻璃（陶瓷）与金属之间的阳极键合技术在微电子、光学设备等领域的结合尤为重要。
在许多高科技产品中，这种键合技术用于实现电子器件的封装、连接等。
为了进一步优化这一技术，对玻璃（陶瓷）与金属阳极键合界面结构及力学性能的研究显得尤为重要。
本文将深入探讨这一主题，为相关研究提供参考。
二、玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的界面结构1. 结构特点玻璃（陶瓷）与金属之间的阳极键合主要是通过离子和电子的传输实现界面连接。
在这一过程中，首先会在界面上形成氧化膜或化合物膜。
在温度较高时，阳极电压使得膜逐渐熔融、互混，并在冷凝过程中实现与基底材料之间相互的连结和锚固。
这会在界面处形成一个相互紧密的化学连接结构。
2. 化学键的建立玻璃（陶瓷）和金属的化学键主要由阳离子与阴离子或基团的连接组成。
金属与氧反应形成的氧化物，在适当的温度和电场作用下与玻璃（陶瓷）形成稳定共混或晶格置换关系。
这样的键合强度较大，具有良好的化学稳定性和高温性能。
三、界面结构的力学性能分析1. 抗拉强度与粘结力玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的界面具有较高的抗拉强度和粘结力。
这得益于其良好的化学连接和机械锚固作用。
此外，由于在键合过程中形成的氧化物或化合物膜具有较高的熔点和良好的机械稳定性，这也进一步提高了键合的力学性能。
2. 弹性模量与韧性该界面的弹性模量和韧性主要由所涉及的材料的物理特性决定。
适当的键合技术可以使这一性能达到最优。
这种结合在保持一定韧性的同时，具有较高的弹性模量，使整体结构更加稳定可靠。
四、影响力学性能的因素1. 温度与压力在键合过程中，温度和压力是两个重要的影响因素。
适当的高温可以促进化学键的形成，而适当的压力则有助于实现机械锚固作用。
然而，过高的温度或压力可能导致材料过度变形或破坏，从而影响其力学性能。
因此，需要找到最佳的工艺参数以实现最佳的力学性能。
《玻璃(陶瓷)与金属阳极键合界面结构及力学性能》范文
《玻璃（陶瓷）与金属阳极键合界面结构及力学性能》篇一一、引言随着现代科技的飞速发展，玻璃（陶瓷）与金属的界面结合技术已成为众多领域中不可或缺的工艺技术。
这种结合方式不仅在电子封装、生物医疗、航空航天等高科技领域有着广泛的应用，而且在日常生活中也扮演着重要角色。
了解玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的界面结构及其力学性能，对于提高产品性能、延长使用寿命、保障产品质量具有重要意义。
本文将就玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的界面结构及力学性能进行详细的分析和探讨。
二、玻璃（陶瓷）与金属阳极键合界面结构玻璃（陶瓷）与金属的阳极键合是一种通过电场作用实现两者之间牢固结合的技术。
其界面结构主要由以下几个部分组成：1. 金属表面层：金属表面经过适当的预处理，如抛光、清洗等，形成一层洁净的金属表面层，为后续的键合提供良好的基础。
2. 氧化层：在阳极键合过程中，金属表面会形成一层氧化物，这层氧化物与玻璃（陶瓷）之间产生化学键合。
3. 玻璃（陶瓷）层：玻璃（陶瓷）与金属之间的结合面，其化学成分和微观结构对键合性能具有重要影响。
4. 界面过渡区：界面过渡区是玻璃（陶瓷）与金属结合的关键区域，其结构稳定性对整体键合性能具有决定性作用。
三、力学性能分析玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的力学性能主要包括硬度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
这些性能指标直接影响到产品的使用寿命和可靠性。
1. 硬度：玻璃（陶瓷）与金属键合后的硬度较高，能够抵抗外界的磨损和划伤。
硬度的提高主要得益于界面处化学键合的形成，使得键合区域具有较高的抗形变能力。
2. 抗拉强度与抗压强度：玻璃（陶瓷）与金属键合后的抗拉强度和抗压强度较高，能够承受较大的外力作用。
这主要得益于界面处化学键合和机械锁合的共同作用，使得键合区域具有较高的承载能力。
3. 抗弯强度：玻璃（陶瓷）与金属键合后的抗弯强度较高，能够有效抵抗弯曲外力，防止产品在使用过程中发生形变或断裂。
四、影响因素及优化措施玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的性能受多种因素影响，如预处理工艺、键合温度、电场强度等。
《玻璃(陶瓷)与金属阳极键合界面结构及力学性能》范文
《玻璃（陶瓷）与金属阳极键合界面结构及力学性能》篇一一、引言随着现代科技的发展，玻璃（陶瓷）与金属的键合技术已经成为许多领域中不可或缺的一部分。
这种键合技术广泛应用于微电子、生物医疗、航空航天等众多领域，特别是在微电子封装和生物医疗器件的制造中，其重要性不言而喻。
本文将重点探讨玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的界面结构及其力学性能，为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的界面结构玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的界面结构主要由三部分组成：玻璃（陶瓷）基体、金属阳极层以及两者之间的键合层。
其中，键合层的形成是决定界面性能的关键因素。
在键合过程中，玻璃（陶瓷）与金属阳极之间通过一定的物理和化学作用形成键合层。
这个键合层具有很高的强度和稳定性，可以有效地提高玻璃（陶瓷）与金属之间的结合力。
界面结构的稳定性取决于键合层的厚度、成分和结构等因素。
三、玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的力学性能玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的力学性能主要包括强度、硬度、韧性和疲劳性能等。
这些性能的优劣直接影响到器件的使用寿命和可靠性。
首先，强度是衡量玻璃（陶瓷）与金属阳极键合性能的重要指标之一。
在受到外力作用时，键合界面需要承受一定的压力和剪切力，因此需要具备较高的强度。
其次，硬度也是评价键合性能的重要指标之一，它反映了材料抵抗划痕和磨损的能力。
此外，韧性也是需要考虑的因素之一，它关系到材料在受到冲击或振动时的抗裂性和抗破坏能力。
最后，疲劳性能是评价长期使用过程中材料性能稳定性的重要指标。
四、影响因素及优化措施影响玻璃（陶瓷）与金属阳极键合性能的因素很多，包括温度、压力、时间、材料成分等。
为了优化键合性能，需要综合考虑这些因素。
首先，控制键合过程中的温度和压力是关键。
温度过高或过低都会影响键合效果，而适当的压力可以保证界面紧密结合。
其次，优化材料成分也是提高键合性能的有效途径。
通过调整玻璃（陶瓷）和金属的成分，可以改善其界面结构和力学性能。
《玻璃(陶瓷)与金属阳极键合界面结构及力学性能》
《玻璃（陶瓷）与金属阳极键合界面结构及力学性能》篇一摘要：本文主要针对玻璃（陶瓷）与金属之间的阳极键合界面进行研究，通过对键合界面结构的详细分析和力学性能的深入探讨，为实际应用中玻璃（陶瓷）与金属的连接技术提供理论支持和实践指导。
一、引言随着现代科技的不断发展，玻璃（陶瓷）与金属的结合应用越来越广泛。
这种结合方式不仅在光学、电子学等领域具有重要应用，还涉及到众多工程领域的零部件连接问题。
为了更深入地了解玻璃（陶瓷）与金属之间结合的性能及特性，研究其阳极键合界面结构及力学性能至关重要。
二、玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的界面结构玻璃（陶瓷）与金属之间的阳极键合界面是由两部分构成的。
首先是两种材料之间发生的化学作用和物理相互作用。
当玻璃（陶瓷）和金属通过特定条件被连接时，会形成化学键和机械键。
化学键是由于离子间的作用力，如玻璃中的离子与金属离子间的离子键。
机械键则是由于表面粗糙度或机械加工引起的表面不规则性形成的键。
此外，材料间的接触界面的微结构和形态也会影响界面的稳定性和可靠性。
三、玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的力学性能力学性能是衡量材料在受到外力作用时所表现出的性质和特性。
在玻璃（陶瓷）与金属的阳极键合中，力学性能主要涉及键合强度的评价、抗疲劳性以及材料在外力作用下的形变等。
良好的力学性能是确保玻璃（陶瓷）与金属连接牢固的关键因素之一。
通过测量材料间的粘结强度和剪切强度等参数，可以对界面的力学性能进行全面评价。
此外，阳极键合的稳定性也需要考虑温度和湿度的变化以及可能出现的机械应力等因素的影响。
四、实验方法与结果分析本部分采用多种实验方法对玻璃（陶瓷）与金属的阳极键合界面结构及力学性能进行研究。
包括但不限于X射线衍射分析、扫描电子显微镜观察、硬度测试、拉伸测试等。
通过这些实验方法，可以观察到界面结构的微观形态，了解材料间的相互作用机制，并获取材料的力学性能数据。
通过对实验结果的分析，可以更深入地理解玻璃（陶瓷）与金属之间的阳极键合过程及其性能表现。
静电键合用微晶玻璃的研究
中南大学硕士学位论文静电键合用微晶玻璃的研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：***20030101常鹰：静电键合用微晶玻璃的研究摘要弋叼ｊｊｊ半导体硅与玻璃的静电键合技术是微电子机械系统（ＭＥＭｓ）的关键技术，而作为关键材料之一的静电键合玻璃有着广阔的工业应用前景。
国内外主要用Ｐｙｒｅｘ玻璃及ｓＤ．２玻璃作为与硅基片封装的静电键合材料。
但这两种玻璃不但具有较慢的蚀刻速度，而且由于其具有较高的室温电阻率使得在封装时所需要的温度和电压均较高，从而给封装工艺带来困难。
本文以Ｌｉ：Ｏ—Ａ１。
Ｏ。
一ｓｉＯ：系统硅酸盐微晶玻璃为研究对象，目的是开发新型微晶玻璃材料以代替现有的静电键合封接用玻璃。
在选择合适的基础玻璃组成、碱金属氧化物以及晶核剂的基础上，利用传统熔体冷却法而制得了该系统基础玻璃。
利用差热分析（ＤＴＡ）确定了基础玻璃的核化与晶化温度制度，研究了玻璃组成与ＤＴＡ曲线的关系。
采用不同的热处理制度将基础玻璃进行热处理，并通过ｘ—ｒａｙ衍射分析、扫描电子显微镜以及红外吸收光谱等分析及理化性能测试，研究了玻璃组成、结构和性能三者的关系，探明了这三者之间的相关性，从组成与结构的角度，为静电键合用微晶玻璃性能的改进找到了理论根据以及实用技术。
并采用对比分析方法，具体研究了该微晶玻璃在不同热处理条件下的热学、力学和电学性能。
在此基础上将该微晶玻璃的制备工艺加以优化，制备了一种基本符合要求的微晶玻璃材料。
结果表明：该微晶玻璃外观透明，硬度及强度均高于基础玻璃，具有较低的室温电阻率，热膨胀系数与硅片相近，可用作微电子机械系统的静电键合封装材料。
关键词；静电键合，Ｌｉ。
Ｏ—Ａｌ：０３一Ｓｉ０。
系统，微晶玻璃，热膨胀系数，抗折强度电阻率常鹰：静电键合用微晶玻璃的研究ＡｂｓｔｒａｃｔＡｎｏｄｉｃｂｏｎ曲培ｔｃｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓｉｌｉｃｏｎａｎｄｇｌａｓｓｗａｆｅｒｉｓｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＭＥＭＳ．Ａｓｏｎｅｏｆｔｈｃｋｅｙｍａｔｅｒｉａｌｓ，血ｃｒｅｉｓａｂｒｏａｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｐｐｌｉｅｄｆｈ乜ｌｒｅａｂｏｕｔａｎｏｄｉｃｂｏｎｄｉｎｇｇｌａｓｓ．ＰｙｒｅｘｇｌａｓｓａｎｄＳＤ一２ｇｌａｓｓａｒｅｕｓｅｄｔｏａｎｏｄｉｃｂｏｎｄｉｎｇｍａｔｃｒｉａｌ、ｖｈｉｃｈａｒｅｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄｗ曲ｓｉｌｉｃｏｎｗａｆｅｒ，ｂｕｔｔｈｃｙｎｏｔｏｎｌｙｈａｖｅｓｌｏｗＶｅｌｏｃｉｔｙｏｆｅｔｃｈ，ｂｕｔａＩｓｏｈａｖｅｈｉ曲ｍｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｗｈｊｃｈｎｅｅｄｈ培ｈｔｃｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈＶｏｌｔａｇｅｗｈｅｎｔｈｅｙａｒｅｕｓｅｄｔｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅ，ｓｏｃｏｎ廿ｉｂｕｔｃｔｏｔｏｕｇｈｅｎｕｐｃｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄｔｅｃｌｌｌｌ０１０科Ｉｎｔ１１ｉｓｔｈｅｓｉｓ，ｇｌａｓｓ‘ｃｅｒ锄ｉｃｓｉｓｕｓｅｄｔｏａｎｏｄｉｃｂｏｎｄｉｎｇ谢ｔｈｓｉｌｉｃｏｎ，ｔｈｅｇｌａｓｓ—ｃｅｒａｍｉｃｓｂｅｌｏｎｇｔｏＬｉ２０—Ａ１２０３一Ｓｉ０２ｓｉｌｉｃｏｎｓｙｓｔｅｍ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆｂａｓｉｃｃｏｎＳｔｉｔｕｅｍｓ，ｐｒｏｐｅｒａｌｋａｌｉｍｅｔａｌｓｏｘｉｄｅ趾ｄｎｕｃｌｅａｔｉｏｎａｇｅｎｔ，ｔｌｌｅｂａｓｉｃ９１ａｓｓｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｒｅｐａｒｅｄｂｙａｄｏｐｔｉｎｇｃｏｎｖｅ埘ｏｎａｌｍｅｌｔｑｕｅｎｃｈｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｔ１１ｅｄｅｔｅｍｉｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇＤＴＡ．Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｎｕｃｌｅａｔｉｏｎａ１１ｄｃｒｙｓｔａｌＩｉｚａｔｉｏｎａｒｅｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｇｌａｓｓｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓａ１１ｄＤＴＡｃｕⅣｅ、ｖａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ；ＡｔⅡｌｅｓ锄ｅｔｉｍｅ，ｔ１１ｅｇｌａｓｓｓ锄ｐｌｅｓｗｅｒｅｔｒｅａｔｅｄｂｙａｄｏｐｔｉｌｌｇｖａｒｉｏｕｓｈｅａｔ－ｔｒｅａｔｍｅｍｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ，蛐兀ｌｃｔｕｒｅａ１１ｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｌａｓｓ—ｃｅｒａｍｉｃｓｗａｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｕｓｉｎｇｏｆｘ·ｍｙ，ｓＥＭ，ＩＲａｎｄＶａｒｉｏｕｓｍｅａｓｌｌｒｅｍｅｎｔｓｏｆｐｈｙｓｉｃａＩａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ａｋｉｎｄｏｆｎｅｗ９１ａｓｓ—ｃｅｒ锄ｉｃｍａｔｅｒｉａｌ谢ｔｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔａｎｏｄｉｃｂｏｎｄｉｎｇｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄ，ＴｈｅｒｅＳｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔ，ｔ１１ｅｇｌａｓｓ—ｃｅｒ锄ｉｃｓｉｓｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ，ｈｉ曲ｅｒｓｔｒｅｎｇｍ甜ｌｄｒｉｇｉｄｉ吼１０ｗｅｒｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｍｒｅｒｅｓｉＳｔｉＶｉｔｙａＩｌｄｉｔｓｔｈｅｍｌａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅ伍ｃｉｅｎｔｃｌｏｓｅｕｐｏｎｔｈａｔｏｆｓｉｌｉｃｏｎ，ｓｏｉｔｂｅａｂｌｅｔｏｕｓｅｄａｓＭＥＭＳ’ａｎｏｄｉｃｂｏｎｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｎｏｄｉｃｂｏｎｄｉｎｇ，Ｌｉ２０～Ａｌ２０３一Ｓｉ０２ｓｙｓｔｅｍ，ｇｌａｓｓ—ｃｅｒａｍｉｃｓ，ｔｈｅ肿ａ１ｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅ伍ｃｉｅｎｔ，ｓｔｒｅｎｇｍ，ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ第一章文献综述１．１项目的背景及目的意义自从微电子技术问世以来，人们不断追求微小尺寸结构的装置。
《玻璃(陶瓷)与金属阳极键合界面结构及力学性能》范文
《玻璃（陶瓷）与金属阳极键合界面结构及力学性能》篇一一、引言随着现代科技的发展，玻璃（陶瓷）与金属的键合技术已成为众多领域中不可或缺的工艺。
这种键合技术不仅在电子封装、生物医疗器材等领域具有广泛的应用，同时也涉及到多种不同材料的界面结构和力学性能的探究。
本文主要就玻璃（陶瓷）与金属阳极键合界面的结构以及其力学性能进行探讨，旨在为相关领域的研究和应用提供理论依据和参考。
二、玻璃（陶瓷）与金属阳极键合界面结构玻璃（陶瓷）与金属的阳极键合是一种通过电化学反应实现两种材料之间牢固连接的工艺。
其界面结构主要包含以下几个部分：1. 金属表面层：金属表面经过适当的预处理后，会形成一层具有高活性的表面层，这层表面层是阳极键合过程中的关键部分。
2. 玻璃（陶瓷）表面层：玻璃（陶瓷）表面也需要进行预处理，以增加其表面的活性，使其能够与金属表面发生有效的反应。
3. 键合层：在阳极键合过程中，金属和玻璃（陶瓷）之间会形成一种化学键合层，这种化学键合层具有很高的强度和稳定性。
4. 扩散层：在键合过程中，金属和玻璃（陶瓷）中的元素会发生相互扩散，形成一种扩散层，这有助于提高键合界面的力学性能。
三、玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的力学性能玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的力学性能主要表现在以下几个方面：1. 抗拉强度：阳极键合后的界面具有较高的抗拉强度，这得益于界面处形成的化学键合层和扩散层。
2. 剪切强度：在承受剪切力时，键合界面能够保持较高的强度，表现出良好的剪切性能。
3. 冲击韧性：由于键合界面的稳定性较高，因此具有良好的冲击韧性，能够在受到冲击时抵抗断裂。
4. 疲劳性能：经过长期的疲劳测试，玻璃（陶瓷）与金属阳极键合的界面依然能保持良好的力学性能。
四、结论通过对玻璃（陶瓷）与金属阳极键合界面结构及力学性能的研究，我们得出以下结论：1. 玻璃（陶瓷）与金属的阳极键合是一种有效的连接技术，其界面结构主要由金属表面层、玻璃（陶瓷）表面层、键合层和扩散层组成。
静电键合影响因素
提高温度和提高电压对键合质量的提高的影响却不一样，不同学者的研究结果都表明键合温度对键合质量的影响更大。
1.温度影响（200~450℃）a）在350--360℃之间进行键合时，键合速度和键合引起的应力和变形是最好的折中。
（9.16cm，525um厚）。
b）温度超过200℃时，在直流电场的作用下钠离子能摆脱玻璃内部晶格的束缚，向阴极移动。
c）膨胀系数:PYREX 7740玻璃在3.3xl0-6/℃左右，硅2.33×10-6/℃左右。
第一个交点20℃左右；第二个相交点在280℃左右；第三个相交点在540℃左右。
在20~280 ℃时，玻璃比硅的膨胀系数大，而在280~540℃时，硅比玻璃的热膨胀系数大一些。
PYREX 7740玻璃键合电压的上限是玻璃不发生击穿，下限则要保证静电吸引力能够引起键合材料的弹性或塑性变形，使键合界面发生紧密接触，从而产生键合。
3.电极影响a).采用点电极进行键合，键合质量好但速度慢。
键合区域由电极处向外扩展，可以避免键合界面空洞的产生，提高键合质量，但时间较长。
b).板电极进行键合，速度快。
键合界面处容易产生的空洞等缺陷。
4.实例a).10mm*10mm*0.5mm薄片。
温度：400℃，电压：750V，键合压力：0.1MPa。
b).15 mm×15 mm×400um硅片,15 mm×15 mm×350um pyrex7740#玻璃。
采用平板阴极方式键合，温度：350℃，电压：400V。
c).20mm×20 mm×2mm薄片。
温度：250～450℃，电压为200～750V，压力为0．05～l MPa。
时间5～10min。
d).直径9.16cm，厚度525um。
温度：350--360℃；电压：200~1000V；压力：3*10-3Kpa~100Kpa。
e)..玻璃环尺寸为外径8 mm，内径6 mm，高2mm。
【doc】Pyrex玻璃金属化凹坑的湿法腐蚀
Pyrex玻璃金属化凹坑的湿法腐蚀第14卷第1期2008年2月功能材料与器件JOURNALOFFUN(mONALMA TERIALSANDDEVICESV o1.14.No.1Feb.,2008文章编号:1007—4252(2008)01—0236—05Pyrex玻璃金属化凹坑的湿法腐蚀崔峰,肖奇军,吴校生,张卫平,陈文元,赵小林(上海交通大学微纳科学技术研究院,微米/纳米加工技术国家重点实验室,薄膜与微细加工技术教育部重点实验室,上海200030)摘要:为在Pyrex玻璃基片上湿法腐蚀出易于金属化(如电镀等)的深凹坑(或凹槽),选用HF:HNO3:H20为腐蚀液,分别以Cr/Au(30nm/3OOnm,溅射)加光刻胶(15m)和Cr/Pt(30nm/3OOnm,溅射)加光刻胶(15m)作为掩膜进行腐蚀实验.实验发现在Cr/Pt/光刻胶掩膜下,Pyrex玻璃的腐蚀凹坑横向钻蚀小(钻深比1.34:1),侧壁倾斜光滑,并在凹坑(深约28m)内成功地电镀了焊盘.该实验结果对要求高深宽比沟槽的微流体器件的制造也有一定参考意义.关键词:Pyrex;湿法腐蚀;掩膜;凹坑;电镀中图分类号:TN305.7文献标识码:A WetetchingpitsofPyrexglassformetallizationCUIFeng,XIAOQi-jun,WUXiao—sheng,ZHANGWei—ping,CHENWen—yuan,ZHAOXiao—lin(KeyLab.forThinFilm&MicrofabricationTech.ofMinistryofEducation,StateKeyLab.ofMicro/NanometerFabricationTech.,ResearchInstituteofMicro/NanoScience&Tec hnology,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200030,China)Abstract:Wetetchingdeeppitsorgrooves,requiredformetallizationsuchaselectroplating,o nPyrex7740,isstudied.Inthewetetchingexperiment,HF:HNO3:H2Oasetchingsolution,andCr/Pt orCr/Ausputteringdeposited,incombinationwithphotoresist(PR),asetchingmask,wereinvesti gated.TheexperimenthasshownthatCr/Pt/PR(30nrn/3OOnrn/15~m)wasfoundtobeidealetchingma skforetchingpitsrequiredformetallization.Theetchedpits,indepthofReal"28m,withsmoothsurf aceandsmallratio(about1.34:1)ofundercuttodeepness,wereobtained.And,intheseetchedpits,Cu padsforsolderingweresuccessfullyelectroplated.Theseexperimentresultscanbeusedtofabrica tehighratioaspectofgroovesinsomemicrofluiddevices.Keywords:Pyrex;wetetching;mask;pits;electroplatingO引言玻璃由于具有良好的机械及光学性能,高的绝缘性能以及易于和硅片进行低温键合而在MEMS器件中广泛应用.以HF酸为主的湿法刻蚀方法,收稿日期:2007—07—20;修订日期:2007—09—22基金项目:武器装备预研基金(9140AO9020706JW0314);国家自然科学基金(No.60402003).作者简介:崔峰(1974一),男,博士,助研,目前主从事MEMS惯性传感器的研制(E—mail:*****************).1期崔峰,等:Pyrex玻璃金属化凹坑的湿法腐蚀237 由于刻蚀速率快,刻蚀表面光滑,而成为玻璃基片的主要微加工方法.许多MEMS器件,要求在玻璃基片上湿法腐蚀出易于金属化(溅射金属层或电镀等)的凹坑(或凹槽),来获得带电极的腔体(如电容式传感器等),对准键合用的焊接凹坑等.这样,要求刻蚀出的凹坑侧壁倾斜,边缘光滑过渡.对于对准焊接凹坑,还要求刻蚀凹坑的深宽比大.由于不同种类玻璃的组成成分不同,用同样条件湿法腐蚀得到的腐蚀形貌会有所不同.微制造中常用的玻璃基片有碱石灰玻璃¨J,石英玻璃和硼硅玻璃(主要为Pyrex玻璃)等.其中,前两种玻璃,由于腐蚀为各向同性,得到的深腐蚀形貌的侧壁截面为圆弧状j,在这样的沟槽内金属化时由于腐蚀边缘尖锐将使电镀种子层不连续而影响电镀. 而对于Pyrex玻璃,通过掩膜和腐蚀参数控制可得到接近各向异性的腐蚀形貌J,侧壁可为倾角小于4O度(通常横向钻蚀的要快)的斜面,从而易于金属化.对Pyrex玻璃进行深刻蚀时,容易产生腐蚀边缘钻刻凹口,刻蚀表面粗糙,横向钻刻过快,掩膜下玻璃表面针孔等缺陷j.产生这些缺陷的一个主要原因是由于腐蚀掩膜的致密性和残余应力引起的'j,即与掩膜的材料及其制造工艺等有关.本文在Pyrex7740玻璃上,以刻蚀深近30um的焊接凹坑为例,进行腐蚀实验,并在凹坑内成功电镀了焊盘.实验选用HF:HNO:H,O(V o1.20:14:66)为腐蚀液(水浴4o℃),分别以Cr/Au(30nm/300nm,溅射)加光刻胶(15m)和Cr/Pt(30nm/300nm,溅射)加光刻胶(15m)作为腐蚀的掩膜.文中对掩膜及腐蚀的工艺流程及参数进行了阐述, 重点对两种掩膜下的腐蚀结果进行了比较和讨论. 1Pyrex玻璃的湿法腐蚀实验1.1腐蚀液和掩膜的选择玻璃的腐蚀液通常是各种浓度的HF酸,且随HF浓度增大,刻蚀速率非线性快速增加.由于玻璃中含有许多氧化物如CaO,A1O,等,腐蚀时和HF 反应易生成不溶物沉积在腐蚀表面,从而影响腐蚀的均匀性].若在腐蚀液中加入少量的HNO,或HC1,可将这些不溶物变为可溶,改善腐蚀质量,并可增大腐蚀速率.据报道,采用体积比为10:1的HF(49%):HC1(37%)混合液,或2O:14:66的HF(49%):HNO3(70%):HO混合液J,可得到较为光滑的腐蚀表面.在本文实验中的腐蚀液选用后者.对于玻璃的深刻蚀,由于腐蚀时间长而不宜单独采用光刻胶作为掩膜.报道的耐腐蚀掩膜有金属膜(如Cr/Au,TiW/Au,Cr/Cu等)J,阳极键合硅J,CVD多孔硅_6'等.其中,常用的是Cr/Au加光刻胶的组合掩膜.这里Cr为粘附层,Au为抗化学腐蚀保护层,光刻胶可用来阻挡金属掩膜的针孔缺陷.由于Pt与Au一样具有良好的耐化学腐蚀性,因此,在本文中分别采用Cr/Au/光刻胶和Cr/ Pt/,光刻胶作为掩膜进行Pyrex玻璃的腐蚀实验. 对金属掩膜Cr/Au或Cr/Pt,可采用溅射或蒸镀的方法沉积.其中溅射沉积由于结合力好,膜致密而具有较好的掩膜性能,如针孔较少,横向钻蚀速率较低等.另外,对于金属掩膜腐蚀窗口的图形化,相比湿法刻蚀,用干法刻蚀获得的金属掩膜边缘整齐,得到的侧壁腐蚀表面要光滑的多J.因此,在本文中采用磁控溅射和干法溅刻的方法来沉积和图形化金属掩膜.1.2腐蚀实验工艺在Pyrex7740玻璃上,以刻蚀深近30um的焊接凹坑为例,进行湿法腐蚀实验.并以静电微陀螺上定子互连线的制造为例,在腐蚀好的凹坑内进行焊盘的电镀.实验的工艺流程如图1所示.首先是玻璃基片的清洗,其清洁程度直接决定着金属掩膜和基片的结合程度.采用常用的玻璃清洗方法:用2:1的HSO:HO在120~C下浸泡20min,然后用去离子水清洗并甩干,最后在130~C 的烘箱中烘1h.将清洗好的玻璃基片在德国产磁控溅射机LHZ550上溅射沉积金属掩膜Cr/Au或Cr/Pt(图1a).为减少掩膜针孔,Cr/Au或Cr/Pt的溅射厚度取为30nm/300nm.溅射条件为:本底真空2×10—4Pa,工作气压0.7Pa,溅射功率600W. 需注意的是,为提高与基片的结合强度,溅射Cr前先用Ar轰击(反溅射)基片1min.溅射完金属膜后,旋涂5m的AZA620正胶并光刻,然后电镀后续光刻用的对准符号(图中未示).接着继续旋涂AZ4620正胶10p~m,用腐蚀玻璃的掩膜板TG1进行功能材料与器件l4卷光刻并坚膜(120℃,30rain).然后在美国Comptech公司2440型磁控溅射机上溅刻金属掩膜以开腐蚀窗口(图1b).溅刻条件为:Ar流量70ml/min,工作气压2.7Pa,溅射功率700W,刻蚀时间40min.接下来,开好掩膜窗口的玻璃片放人40℃恒温(水浴) HF:HNO3:H20(V o1.20:14566)腐蚀液中进行腐蚀(图1C),腐蚀速率为0.9m/min..为提高腐蚀的均匀性降低表面粗糙度,腐蚀时缓慢晃动容器.腐蚀完后用丙酮加超声振荡去胶,然后同样在2440型溅射机上溅刻去除金属掩膜(图ld).接下来,在刻好凹坑的玻璃片上溅射Cr/Cu种子层(图1e).接着光刻互连线层(对凹坑须过曝光)并电镀2m厚的Cu互连线.接着继续光刻,并电镀8trm厚的Cu 柱(凹坑内即为焊盘)(图1f).然后,去胶并溅刻掉Cr/Cu种子层(图1g).(b)PatterningwindowofCr/Pt/PRorCdAu/PRmask(c)WetetchilIgpitsofthe(d)RemovalofCr/Pt/PROrCMAu/PRmask(f)PatterningandplatingCulinesandpore(padsatthepi(g)RemovalofPRdCr/CuseedlayerFig.1MicrofabricationprocessofPyrex图1Pyrex玻璃的微制造工艺流程示意2腐蚀结果与讨论2.1Cr/Pt/光刻胶作腐蚀掩膜对于Cr/Pt/光刻胶(30nm/3OOnm/15p,m)作为腐蚀掩膜所得的腐蚀结果,如图2所示.图2(a)为去胶后和溅刻掉Cr/Pt掩膜后的显微照片;图2(b) 为刻蚀凹坑的扫描电镜照片;图2(C)为在Vicco公司的Dektak6M型表面轮廓仪上测得的凹坑(掩膜尺寸300~m×300~m)的轮廓曲线.可见,凹坑腐蚀表面比较光滑,只有少部分凹坑边缘有钻刻凹痕缺陷,未见到针孔缺陷.测得凹坑深为27.621~m,横向钻蚀量为37p,m,钻深比为1.34:1,侧壁斜面平整,斜面角近似为38..(a)MicrophotographafterremovalofPRandCr/Pt(b)SEMimagesoftheetchedpits.,74:.f一2.12UI.:303I:Fig.2WetetchedresultsofPyrexwithCr/Pt/PRasmask图2Cr/Pt/光刻胶掩膜下Pyrex的湿法腐蚀结果2.2Cr/Au/光刻胶作腐蚀掩膜对于Cr/Au/光刻胶(30nm/3OOnm/15p,m)为腐蚀掩膜,在同样刻蚀条件下的腐蚀结果,如图3所1期崔峰,等:Pyrex玻璃金属化凹坑的湿法腐蚀239 示.图3(a)为去胶后腐蚀凹坑(掩膜300/xm×300/xm)的显微照片;图3(b)为测得的凹坑轮廓瞳线.可见,Cr/Au/光刻胶掩膜下的横向钻蚀比较严重.测得凹坑深为29.35/xm,钻蚀量为225/xm,钻深比约为7.7:1,侧壁面微凸,斜面角近似为7.. (a)MicrophotographafterremovalofPR750lIi',.,.}{/|.|21.31.|||jJbZlFig.3WetetchedresultsofPyrexwithCr/Au/PRasmask图3Cr/Au/光刻胶掩膜下Pyrex的湿法腐蚀结果2.3讨论跟据上述结果,Cr/Pt/光刻胶(30nm/3OOnm/15b~m)掩膜和Cr/Au/光刻胶(30nm/3OOnm/15~m)掩膜下,腐蚀条件相同时,所得玻璃腐蚀凹坑的横向钻蚀量或钻深比相差很大.这可能是,相比溅射的Cr/Pt掩膜,溅射的Cr/Au掩膜与玻璃基片的结合力弱或产生的残余应力较大所致.具体须进一步实验.由于Cr/Pt/光刻胶(30nm/3OOnm/15b~m)掩膜下所得的腐蚀凹坑横向钻蚀小,表面光滑,完全可满足凹坑的金属化要求.图4为在静电微陀螺上定子的底层Cu互连线中,在刻蚀的玻璃凹坑(深约28b~m)内成功地电镀了所需的焊盘.Fig.4MicrophotographofCuinterconnectionsofmicrogyro, withpadselectroplatedwithinthepits.图4微陀螺cu互连线的凹坑焊盘已成功电镀3结论在Cr/Pt/光刻胶和Cr/Au/光刻胶两种掩膜下,湿法腐蚀试验发现前者掩膜下Pyrex玻璃的腐蚀凹坑接近各向异性的腐蚀形貌,横向钻蚀小(钻深比1.34:1),侧壁光滑,可更好的满足凹坑的金属化要求.并在凹坑内成功地电镀了焊接焊盘.本文的实验结果对要求高深宽比沟槽的微流体器件的制作也有一定的参考意义.参考文献:[1]LinCH,LeeGB,LinYH,eta1.Afastprototypingprocessforfabricationofmicrofluidicsystemsonsoda—limeglass[J].JMicromechMicroeng,2001,11:726—732.[2]GrosseA,GreweM,FouckhardtH.Deepwetetchingof fusedsilicaglassforhollowcapillary.opticalleaky waveguidesinmicrofluidicdevices[J].JMicromechMi- croeng,2001,11:257—262.[3]CormanyT,EnokssonP,StemmeDeepG.Wetetchingof borosilicateglassusingananodic'allybondedsiliconsub—strateasmask[J].JMicromechMicroeng,1998,8:84—87.[4]MourzinaY,SteffenA,OffenhausserA.Theevaporated metalmasksforchemicalglassetchingforBioMEMS[J]. 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玻璃与铝的阳极键合机理研究的开题报告
玻璃与铝的阳极键合机理研究的开题报告
一、选题背景及意义
玻璃与金属的键合是广泛应用于工业领域的一种技术。
在电子、光学、化工等领域，玻璃与铝的阳极键合技术的应用越来越广泛。
然而，目前尚未对其具体机理进行深入研究，因此有必要对其机理进行探究。
二、研究目的及内容
本论文的研究目的在于探究玻璃与铝的阳极键合机理，具体内容包括：
1. 玻璃表面与铝表面的化学反应过程研究；
2. 电解液型号的影响研究；
3. 键合条件对键合强度的影响研究；
4. 检测手段的优化。
三、研究方法
本文研究选用的方法主要包括：
1. 扫描电镜对键合界面表面形貌的观察；
2. X射线光电子能谱(XPS)对键合界面的化学成分分析；
3. 剪切力试验对键合强度进行测量；
4. 电化学测试对电解液的影响进行研究。
四、预期成果
通过本论文的研究，预期达到以下成果：
1. 对玻璃与铝的阳极键合机理进行深入探究，使用不同电解液、不同键合条件下的试验进行研究，为相关行业提供科学依据；
2. 优化监测手段，提高检测的精度和稳定性；
3. 推广玻璃与铝的阳极键合技术，在相关领域推动其应用。
五、研究进度安排
1. 理论探讨、文献综述、选题，时间：1周；
2. 材料准备、实验方法设计，时间：2周；
3. 扫描电镜测试，时间：2周；
4. XPS测试，时间：2周；
5. 电化学测试，时间：2周；
6. 剪切力测试，时间：2周；
7. 数据分析、结果总结、论文撰写，时间：2周。
总计时间：13周。
阳极键合研究现状及影响因素
阳极键合研究现状及影响因素杜超;刘翠荣;阴旭;赵浩成【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2018(026)005【摘要】为了提高键合质量、优化键合材料,促进阳极键合技术在工业生产中的应用,本文以“硅/玻璃”的阳极键合为例,阐述了阳极键合作为新型连接工艺的键合机理及工艺过程,介绍了现阶段阳极键合在国内外工业生产中的应用实例及相关研究,尤其是在微电子封装领域所展现的杰出应用前景,同时结合阳极键合过程中对键合参数、材料处理等要求,给出了影响键合质量的各种因素,以及在键合过程中常出现的问题及其解决办法.本文立足于键合机理及键合工艺过程,结合不同材料特性,重点阐述了阳极键合这一新型连接工艺的国内外研究现状及影响键合的因素,为进一步提高键合质量、优化键合工艺、开发新的键合材料等提供理论依据.【总页数】7页(P82-88)【作者】杜超;刘翠荣;阴旭;赵浩成【作者单位】太原科技大学材料科学与工程学院,太原030024;太原科技大学材料科学与工程学院,太原030024;太原科技大学材料科学与工程学院,太原030024;太原科技大学材料科学与工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TG496【相关文献】1.MEMS封装中阳极键合技术的影响因素研究和设计因素分析 [J], 赵翔;梁明富2.研究生导师压力现状及其影响因素分析--基于我国研究生院高校的实证研究 [J], 付梦芸3.不同阳极键合结果的影响因素研究 [J], 王芳;姚明秋4.高校体育资源配置现状及影响因素研究——基于东北地区普通高等院校的研究背景 [J], 李欣诺; 田海燕; 李莉5.青年医师社会支持现状及影响因素研究:基于北京13所三级医院调查研究 [J], 焦光源;王向珍;张建因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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太原理工大学
硕士学位论文
Pyrex玻璃与金属阳极键合机理及界面结构和力学性能的分析
姓名：胡利方
申请学位级别：硕士
专业：材料物理与化学
指导教师：孟庆森
20070401
的上升而增多（图３－４）。
另一方面，键合过程实际上也是玻璃的弹性变形和秸性流动的过程，温度提高以后，玻璃更容易发生变形。
图３－４健合后析出白色铺盐的试样
Ｆｉｇ．３－４Ｔｈｅｂｏｎｄｉｎｇｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｔｈｅｗｈｉｔｅｓａｌｔｏｎｔｈｅｂａｃｋｏｆｔｈｅｇｌａｓｓ
３．４．３电压的影响
当温度达到键合温度时，高电压能产生高强电场，而高强电场能增加Ｎａ＋离子的移动速度，促使静电平衡迅速建立，提高键合速度；而且，高强电场也能促使更多的Ｎａ＋离子从晶格基体中离解出来【４ｓ】，因此起始电流数值将会明显增大（图３－５），使得建立静电平衡的时间缩短，耗尽层增加，导致静电力增大，更好的促进键合。
耗尽层形成的过程就是内外电场达到平衡的过程。
由此可见，电压的大小对于在硅／玻璃阳极键合过程中界面静电场力的大小也起到了重要作用。
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图３－５４００＂（２时不同电压下电流的变化趋势
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总之，通过对硅／玻璃阳极键合电流测量表明，温度越高，电压越大，电流的峰
值越大，键合所需时间越短，但是温度或电压过大时，容易引起玻璃击穿，导致键合操作失败。
试验证明温度和电压有一定的互补效应，若所键合的器件材料对温度敏感，则可通过将温度调低，增加电压来达到同样的键合效果，反之，若所键合的器件对电压敏感，则可适当降低电压，通过增加温度来达到同样键合效果。
试验中如果电压或温度没有达到特定的要求，那么键合率就会受到影响。
图３－６是未完全键合的试样的宏观形貌。
从图中可以清晰的观察到未键合的部分有牛顿环出现。
图３－６未完全键合的试样的宏观形貌
Ｆｉｇ．３—６ＴｈｅｂｏｎｄｉｎｇｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈＮｅｗｔｏｎｒｉｎｇｓ
３．５键合界面的微观组织结构
依次利用在光学显微镜和扫描电子显微镜来检测界面的键合状况，图３．７是未经过腐蚀的界面状况，从图中可以看出键合界面是一条非常笔直的线，没有发现缝隙或其它的缺陷。
这充分说明阳极键合可以实现硅片和玻璃的连接。
图３—７键合界面未腐蚀时在光学显微镜和扫描电子显微铣下的图像
Ｆｉｇ．３·７Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｂｏｎｄｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅｗｉｔｈｏｕｔｅｒｏｓｉｏｎ
图３—８是１０％的ＨＦ酸腐蚀１分钟后的硼硅玻璃与硅阳极键合后的界面微观结构由图中可以看出，硅／玻璃阳极键合的界面具有明显的中间过渡层（宽约０．１～ｌ岬）生成；过渡层与硅界面接合处比较整齐；过渡层与玻璃基体存在延伸过渡迹象。
图３－８１０％ＨＦ酸腐蚀后的硅，玻璃键合界面
Ｆｉｇ．３－８ＴｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｂｏｎｄｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅａｆｔｅｒｃｏｒｒｏｄｉｎｇｂｙＩＯ％ＨＦ当用５０％的ＨＦ酸腐蚀２分钟时，其界面微观结构及能谱分析如图３－９所示，由图中可以看出，在用较浓的酸腐蚀较长时间时，可以清晰地看到过渡层形貌：过度层是一种非晶态的玻璃状物质。
过渡层与硅的键合界面被先腐蚀下去，而过渡层与玻璃结合界面则连接良好，过渡区有明显从玻璃侧扩散及延伸的迹象。
对过渡层的元素能谱分析表明：过渡层由氧、硅、铝、氧元素组成，无钠元素，可见过渡层为碱金属离子耗尽层。
由此可得：过渡层是玻璃受电场力作用，发生弹性变形和粘性流动向界面扩散形成的；而硅一侧并无明显向过渡层发生变形的迹象，说明硅为阻滞性阳极，在键合过程中并没有发生明显变形。
分析认为在硅／玻璃阳极键合过程中，玻璃界面附近的钠离子向阴极迁移，而相应的氧负离子向阳极硅界面迁移扩散，钠离子耗尽层以及键合界面处留有较多空位，因此，键合界面区的密度远小于玻璃基体的密度，耗尽层处于一种不平衡状态，这导致界面区耐腐蚀能力减弱，过渡层的抗腐蚀能力最弱【２９】；而碱金属离子耗尽层由于留有大量钠离子空位，密度比玻璃基体低，抗腐蚀能力也比较弱，而玻璃基体和硅基体则相对更耐腐蚀，因此，当用ＨＦ酸腐蚀界面时，过渡层首先被腐蚀下去，而随着ＨＦ酸浓度的增加，碱金属耗尽层也被腐蚀下去。
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图３－９ＩＯ％ＨＦ酸腐蚀后的硅／玻璃键合界面及其对应的能谱分析Ｆｉｇ，３－９ＴｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＥＤＸｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｂｏｎｄｅｄｉｍｅｒｆａｃｅａｆｔｅｒｃｏｎｏｄｉｎｇｂｙ１０％ＨＦ３．６拉伸试验
键合试验完成后，将试样两面用砂纸打磨粗糙，再将试样粘附在加工好的铝棒上，通过Ｉｎｓｔｒｏｎ５５４４万能材料实验机进行拉伸试验，试验发现试样断裂发生在玻璃基体内部，如图３一ｌＯ所示。
这充分说明了阳极键合能够实现玻璃与硅片的良好连接。
玻璃的实际强度可达几十个ＭＰａ，而在拉伸试验中所测得的拉伸强度远远小于玻璃的实
际强度，这可能是因为在键合过程中玻璃中出现了缺陷。
３．７本章小结
图３－１０拉伸断裂以后的试样照片Ｆｉｇ．３－１０Ｆｒａｃｔｕｒｅｄｓａｍｐｌｅｓａｆｔｅｒｔｅｎｓｉ］ｃｔｅｓｔ
１．通过对硼硅玻璃与硅阳极键合界面的微观分析和拉伸试验表明玻璃与硅可以通过阳极键合技术实现良好键合，键合界面有明显过渡层生成；键合界面由玻璃、过渡层和硅构成，由界面的能谱分析表明，界面处氧、硅、钠、氧元素呈梯度分布，氧元素向硅界面迁移扩散。
分析认为该过渡层的形成是在玻璃与硅阳极键合过程中玻璃耗尽层中的氧负离子受强电场力作用向界面迁移，同时电场力促使玻璃界面发生弹性变型和粘性流动与硅界面紧密接触，最终氧负离子与硅发生不可逆的氧化反应形成化学键进而使玻璃和硅片永久的连接在一起。
２．由过渡区的微观结构和ＥＤＳ分析可以看出，界面玻璃侧有明显向硅侧过渡迹象，而硅界面较为整齐，并无明显发生弹性变形迹象，分析认为，硅为阻滞性阳极，在阳极键合过程中，硅并不向玻璃基体扩散；过渡层相对于硅或玻璃基体的抗蚀能力相对较差，主要原因是因为在阳极键合过程中，受电场力作用，钠离子向阴极迁移，氧负离子向阳极硅界面迁移，键合过渡层产生较多空位，密度相对比玻璃基体低，导致抗腐蚀能力较差。
３．通过拉伸试验发现断裂发生在玻璃基体内部，界面并没有遭到破坏，这证明在玻璃与硅片的界面确实发生了化学反应并形成了强的化学键。
玻璃与硅片的键合试
样具有很强的抗拉强度。
太原理工大学硕士研究生学位论文
的冷却容易导致产生断裂。
在本试验中，试样键合完成后采用随炉冷却的方式。
冷速大约为２℃／ｓ。
４．５界面结构和键合机理分析
图４－４和图４—５为玻璃／铝两层结构阳极键合的界面显微结构，由图中可以看出。
无论是在低倍还是高倍显微镜下两界面均键合良好，无裂纹产生。
两界面处均有明显的元素扩散，氧、铝、硅等元素呈梯度分布，与玻璃／硅键合界面元素分布相似，在键合界面有明显碱金属离子耗尽层生成，若以硅元素为参照，可发现铝元素向玻璃有扩散现象（扩散程度与温度和电压有关）。
强大的静电场力促进界面处玻璃和铝的键合界面紧密接触，玻璃中的氧负离子向铝界面处迁移扩散，铝向耗尽层扩散，最终铝与玻璃中的非桥键氧发生氧化反应，形成永久键合。
图４－４玻璃与铝箔在低倍显微镜下的图像
Ｆｉｇ．４－４Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｂｏｎｄｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅ。