LAS系統(tǒng)微晶玻璃的制備及陽極鍵合性能與工藝參數(shù)關(guān)系的研究.pdf

1、近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)在越來越多的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但作為微機(jī)電系統(tǒng)封裝的關(guān)鍵技術(shù)--半導(dǎo)體硅與玻璃的陽極鍵合技術(shù)，仍然存在著許多問題。目前國內(nèi)外多采用Pyrex與SD-2玻璃作為與硅基片封裝的陽極鍵合材料。這兩種玻璃不但具有較低的蝕刻速率，而且隨溫度的變化其熱膨脹系數(shù)與硅片不甚匹配，導(dǎo)致封裝后殘余應(yīng)力較大，給封裝工藝帶來困難。與上述兩種玻璃相比，微晶玻璃具有機(jī)械強(qiáng)度高、硬度大、耐磨性好；具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)

2、定性；電絕緣性能優(yōu)良、介電損耗小、介電常數(shù)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因此本課題采用微晶玻璃代替?zhèn)鹘y(tǒng)玻璃，以期在較低溫度下(<350℃)實(shí)現(xiàn)微晶玻璃與硅片的良好鍵合。 本課題選用Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)系統(tǒng)微晶玻璃作為與硅片適配的陽極鍵合基片材料。用傳統(tǒng)的熔體冷卻法制得該系統(tǒng)基礎(chǔ)玻璃，利用差熱分析(DTA)確定基礎(chǔ)玻璃的核化與晶化溫度，然后采用不同的熱處理制度對(duì)基礎(chǔ)玻璃進(jìn)行熱處理。通過X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)分析

3、了微晶玻璃的主晶相的種類、尺寸大小、含量與微觀結(jié)構(gòu)形貌，分析了熱處理制度對(duì)微晶玻璃熱學(xué)性能、力學(xué)性能、電阻率以及介電性能的影響。在溫度為200～400℃，電壓為400～600V的條件下，進(jìn)行了微晶玻璃與硅片的陽極鍵合實(shí)驗(yàn)，研究了電壓、溫度、時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)陽極鍵合性能的影響。并通過對(duì)鍵合微觀表面、界面的分析，進(jìn)一步探討了微晶玻璃與硅片陽極鍵合的機(jī)理。獲得了以下研究成果： 1、隨著核化與晶化時(shí)間的增加，微晶玻璃的主晶相均為β-鋰輝

4、石不變，其熱膨脹系數(shù)增大，抗折強(qiáng)度先增大后減小，電阻率增大，介電常數(shù)與介電損耗均呈減小的趨勢(shì)。 2、當(dāng)熱處理制度為670℃/3h、80℃/3h時(shí)，微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)為31.16x10-7/℃(200～400℃)，抗折強(qiáng)度為186.64MPa，電阻率為1.02x1012Ω·m(20℃)，介電常數(shù)為21.5(20℃)，適合與硅片進(jìn)行陽極鍵合。 3、鍵合強(qiáng)度隨電壓、溫度的增加而增大，電壓、溫度對(duì)鍵合性能影響較大，時(shí)間對(duì)鍵合性