las系统微晶玻璃的制备及阳极键合性能与工艺参数关系的研究

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1、中文摘要近年来，随着科学技术的发展，微机电系统在越来越多的领域中得到了广泛的应用。但作为微机电系统封装的关键技术——半导体硅与玻璃的阳极键合技术，仍然存在着许多问题。目前国内外多采用Pyrex与SD．2玻璃作为与硅基片封装的阳极键合材料。这两种玻璃不但具有较低的蚀刻速率，而且随温度的变化其热膨胀系数与硅片不甚匹配，导致封装后残余应力较大，给封装工艺带来困难。与上述两种玻璃相比，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；电绝缘性能优良、介电损耗小、介电常数稳定等优点。因此本课题采用微晶玻璃代替传统玻璃，以期在较低温度下(<350℃

2、)实现微晶玻璃与硅片的良好键合。本课题选用Li20．舢203．Si02(LAS)系统微晶玻璃作为与硅片适配的阳极键合基片材料。用传统的熔体冷却法制得该系统基础玻璃，利用差热分析(DTA)确定基础玻璃的核化与晶化温度，然后采用不同的热处理制度对基础玻璃进行热处理。通过x射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了微晶玻璃的主晶相的种类、尺寸大小、含量与微观结构形貌，分析了热处理制度对微晶玻璃热学性能、力学性能、电阻率以及介电性能的影响。在温度为200--一400℃，电压为400--一600V的条件下，进行了微晶玻璃与硅片的阳极键合实验，研究了电压、温度、时间等工

3、艺参数对阳极键合性能的影响。并通过对键合微观表面、界面的分析，进二步探讨了微晶玻璃与硅片阳极键合的机理。获得了以下研究成果：1、随着核化与晶化时间的增加，微晶玻璃的主晶相均为13一锂辉石不变，其热膨胀系数增大，抗折强度先增大后减小，电阻率增大，介电常数与介电损耗均呈减小的趋势。2、当热处理制度为670℃／3h、80℃／3h时，微晶玻璃的热膨胀系数为31．16x10"7／*C(200"400℃)，抗折强度为186．64MPa，电阻率为1．02x1012Q·m(20℃)，介电常数为21．5(20℃)，适合与硅片进行阳极键合。3、键合强度随电压、温度的增加而增大，电

4、压、温度对键合性能影响较大，时间对键合性能影响较小。当电压为500V时，温度低于200℃时则不能实现键合。在电压为500V，温度为400℃时，键合强度最大为10．25MPa。本研究得到国家自然科学基金(50472039)和湖北省自然科学基金(2005ABA011)的资助。关键词：Li20．A1203．Si02(LAS)，微品玻璃，阳极键合，硅片，热处理制度AbstractInrecentyears，Microelectronicmechanicalsystem(MEMS)hasbeenappliedinmoreandmorefieldswiththedevel

5、opmentofthescienceandtechnology．Butasoneofthepackagingtechnology,anodicbondingofsilicon。glasshasmanydeficiencies．PyrexglassandSD一2glassareusedasanodicbondingmaterialswhichalepackagedwithsilicon，theynotonlyhaveslowvelocityofetch，butalsohaveimpropercoefficientofthermalexpansion(CTE)wi

6、thsiliconondifferenttemperatureandgreatresidualstresswhichhavebringdifficultytopackagingtechnology．Comparedwiththem，glass．ceramichasalotofadvantagessuchashighmechanicalstrengthandrigidity,goodchemicalandthermalstability,goodinsulation，smalldielectricloss，steadydielectricconstantandS

7、Oon．Soglass-ceramicwaschosetoreplacetraditionalglasstobondwithsiliconatthetemperatureunder350"C．Inthispaper,Li20一A1203一Si02(LAS)systemglass-ceramicWaschosetoasanodicbondingmaterialwhichwasmatchedtosilicon．Thebasicglasswaspreparedbyadoptingconventionalmeltquenchingtechnologyandthetem

8、peratureofnucleatio