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。

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，径6 mm，高2mm。温度360℃，电压：1 100 V。

国外主要用Pyrex玻璃及SD-2玻璃作为...

Si熔点1410℃

2mm PYREX 7740玻璃片

BOROFLOAT®33基本参数：肖特耶拿玻璃公司利用微浮法工艺和最新的技术生产而成

技术参数：化学成分：

密度（25℃） 2.2g/cm2

膨胀系数(ISO 7991) 3.25 10-6k-1

透光率91%

软化点820℃

短期使用<10h550℃

长期使用≧10h450℃

折射率（587.6nm） 1.47140

努氏硬度480

机械强度高，绝缘性能优良，介电损耗少，介电常数稳定，热膨胀系数可在很大围调节，耐化学腐蚀，耐磨，热稳定性好，使用温度高。

微晶玻璃具有比一般玻璃更为优良的特性，主要表现为：

1、具有更加稳定的化学性能：抗水合，抗水化能力，抗阳离子交换能力；

2、具有更高的机械强度；

3、具有更优良的电学性能：介电损耗率最低；

4、具有良好的热学性能：热膨胀系数低，热振稳定性能好，高温软化的温度点高。

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阳极键合用微晶玻璃的制备及键合影响因素研究欣理工大学2007

.本实验中采用的仪器具体参数如下:

a、高压电源:采用HBF一202一2AC型高压电源，其电压的控制围为

一2000V到OV

b、加热板:采用德国肖特生产的SLK一2T型加热板，其温度控制围为

0一500℃。

c、电极:本实验中选用板电极，材质为石墨。

d、超声波清洗机:采用KQ一100KD型数控高功率超声波清洗机。

微晶玻璃有一定的

击穿电压，而所选择的微晶玻璃片的击穿电压比较低，在加载电压为SOOV的时

候，就已经有击穿现象发生。

玻璃在常温下是一种绝缘体，并不导电，但是如果将玻璃放置于一个强电场中(两端施加电压高于500v)，并且给玻璃加热(使其表面温度高于200℃)，玻璃中间的碱金属离子(Na+，K+)就会具有很强的移动性，并向阴极迁移，然后聚集在玻璃一硅表面，玻璃的下表面呈负电性。

现在多选用Pyrex玻璃，其原因有二:(l)该种玻璃中含有足够的碱金属离子，能

够保证键合过程的顺利完成;(2)此种玻璃的热膨胀系数在33xl0-7/℃左右，（石英玻璃=5.98x 10’7/℃(o一400℃)）与硅的热膨胀系数2.62×10^(－6)／℃2.33×10^(－6)／℃(材料教材)相近，这使两者之间在键合时产生的热应力比较小，能够达到比较好的键合效果硅片与微晶玻璃的键合与传统的玻璃相比，微晶玻璃具有机械强度高，硬度大，耐磨性好;具有良好的化学稳定性和热稳定性，能适应恶劣的使用环境;电绝缘性能优良，介

电损耗小，介电常数稳定等优点。另外微晶玻璃的热膨胀系数可调整围大，

可以适合与很多材料的键合。目前已经有日本学者成功实现了Li20一A12O3一5102

型微晶玻璃与硅片的键合[28]

玻璃与金属的键合

在MEMS系统中所应用的基片材料很多为金属，所以用金属与玻璃进行键

合也成为研究的热点之一。现在国外已经有学者成功地运用硼硅酸盐玻璃与可

伐(kover)铁镍钻合金在键合温度613K，键合电压500v下进行了键合[29]。但是

并没有见到玻璃与其他金属(如玻璃与不锈钢)之间成功键合

现在也有学者考虑用微晶玻璃代替传统的玻璃与硅片[30，31

和金属[3z]进行键合。

1、提高键合温度及电压

但是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，有时仅需把键合温度提高30℃，其键合强度就会相差一倍左右[32]。但是键合温度的提高不仅会增加基片材料的变形程度，不利于大规模的生产和应用，也会使键合后基片材料间的热应力增加，并且会增加键合过程中的能耗，增加键合成本。因此在降低键合温度的同时提高键合强度就成为了现在研究的又一热点问题。

2表面处理

(i)控制两基片材料表面的粗糙程度，选取相应的精密磨片仪器即可完成

(ii)对基片材料表面进行清洗，使其表面具有亲水性，则其界面的电化学反应更易于发生，从而达到提高键合强度的作用。例如将基片材料置于120℃时放入表面活性

H2504:HZOZ=10:l的溶液中巧min，然后用去离子水清洗后用N:烘干，其键合面积将达到总面积的95%以上，并且键合时间大大缩短，键合强度得到提高[33]

3、合理选用电极

传统的阳极键合电极一般选用点电极和板电极。如果采用点电极进行键合，

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。如果运用板电极进行键合由于其表面的起伏不平导致其基片材料

各部分的键合质量会现较大不同。因此如果能合理的选用电极对提高键合质量、

缩短键合时间是十分有利的。现在国外也有不少学者对此方面展开研究。例

如就有吴登峰等[34]提出采用线阴极能够提高键合的速度，并且键合样品中也没

有看到明显的空洞。与此同时，Jung一TangHuang等也提出将点电极进行螺旋型

的排列将大大提高样品的键合质量[35〕。

1.2.5键合强度评价方法