五層玻璃與鋁靜電鍵合機理及應(yīng)力數(shù)值模擬.pdf

1、靜電鍵合是利用電、熱、力等多場耦合作用下實現(xiàn)金屬或半導(dǎo)體與非金屬（如玻璃、陶瓷等）固相熱擴散連接的一種特殊方法，具有優(yōu)異的工藝特點:溫度低、壓力低、快速和簡便等。這種工藝方法現(xiàn)已發(fā)展成為一種用于微機械電子系統(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)雜和實用的方向發(fā)展，并不斷在新的領(lǐng)域開展應(yīng)用研究，多層靜電鍵合技術(shù)就是在不斷產(chǎn)生的實際需求中發(fā)展起來的。
　　針對目前靜電鍵

2、合通常采用兩個電極通過一次電極反接的方式實現(xiàn)多層樣片之間的鍵合存在的缺陷，如第二次鍵合過程中在第一次鍵合面形成的反向電壓會減弱鍵合的強度等，對以前的鍵合設(shè)備進行了改進，研制了一套能使用兩步法和共陽極法的多層靜電鍵合的專用設(shè)備，并應(yīng)用該設(shè)備采用共陽極法進行了玻璃與鋁的五層的靜電鍵合工藝試驗;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。從多層靜電鍵合過程中鍵合界面的靜電場分布規(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態(tài)遷移機理;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。
　　玻璃與鋁五層共陽極鍵合時，在鋁的兩側(cè)玻璃中同時產(chǎn)生對稱的離子流和Na+離子耗盡層，五層玻璃與鋁共陽極靜電鍵合時各元素的分布在鋁的兩側(cè)呈對稱

4、分布，玻璃與鋁五層共陽極鍵合電流的變化趨勢和玻璃與鋁兩層鍵合時的電流變化趨勢大體一致，沒有發(fā)現(xiàn)五層鍵合時的電流—時間關(guān)系和三層、兩層有絕對的數(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，試樣中會產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形;通過五層玻璃與鋁共陽極靜電鍵合試件的有限元分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，整個試樣中的最大等效應(yīng)力和最大剪應(yīng)力都出現(xiàn)在鍵合試件的過渡層上，這種現(xiàn)象類似于金屬焊接時殘余應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在熱影響區(qū)，所以多層玻璃與鋁靜