薄膜微电极在热键合过程中的断裂行为研究

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1、第12期机械设计与制造2013年l2月MachineryDesign&Manufacturel31薄膜微电极在热键合过程中的断裂行为研究乔红超1,2,37刘军山l31，赵吉宾，王立鼎2,3,4(1．中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳110016；2．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024；3．辽宁省微纳米技术及系统重点实验室，辽宁大连116024；4．微系统与微制造辽宁省高校重点实验室，辽宁大连116024)摘要：为了实现真正意义上的芯片实验室，金属微电极正在成为微流控芯片的重要组成部分。针对铜薄膜微电极在热键合过程中的断裂问题，利用断口分析技术研究了其断裂行为。分

2、析了多种制备断口的方法并利用精密的自动砂轮划片机制备出了理想的断口试样，对断口试样进行宏观分析，判定该断裂是由于剪切引起的韧性断裂，利用扫描电子显微镜进45-~E分析，推断出电板在热键合过程中既承受剪切力又承受拉应力，判定铜薄膜微电极在PMMA芯片热键合过程中的断裂机理是一种典型的韧窝式韧性断裂，铜薄膜微电极的断裂是由较高的热键合温度引起的。关键词：微流控芯片；热键合；微电极；断口分析；断裂机理中图分类号：TH16；TM924．11文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)12—0131-04ResearchofFractureBehaviorsofMicroel

3、ectrodeDuringThermaIBondingQIAOHong—chao卫．一，LIUJun—shan0．-，ZHAOJi—bin，WANGLi—ding2(1．InstituteofAutomationChineseAcademyofScience，LiaoningShenyang110016，China；2．SchoolofMechanicalEngineering，DalianUniversityofTechnology，LiaoningDalian116024，China；3．TheKeyLaboratoryforMicro／NanoTechnologyand

4、SystemofLiaoningProvince，LiaoningDalian116024，China；4．KeyLaboratoryforMicrosystemandMicroFabricationoftheEducationDepartmentofLiaoningProvince，LiaoningDalian116024，China)Abstract：Toachievethepurposeoflab-on—a-chipdevice，theintegratedmetalmicroelectrodehasbeenbecomingoneoftheessentialcomposi

5、tionsofmicrofluidicchips．Tosolvethisproblem，ithasstudiedthefracturebehavioroftheintegratedmetalmicroelectrodebythetechniqueoffractographyanalysis．Multiplepreparationmethodoffractureisdiscussedandtheidealfracturespecimensarepreparedwithsophisticatedautomaticwheeldicingmechanism．bel~vingthatt

6、hefractureisduetoshearcutductilefracture．Fractureofspecimenshowstypicaldimplestructure，believesthattheelectrodehasloadedshearstressandtensilestressduringthethermalbondingprocess．thefracturemechanismofthecopperlmmicroelectrodeistypicaldimpleductilefracture，andthehigherthermalbondingtemperatu

7、reledtothefractureisbelieved．KeyWords：MierofluidicChip；ThermalBonding；Microelectrode；FractographyAnalysis；FractureMechanism1引言了金属微电极的断裂问题，但是埋人电极的加热加压过程难于控制并且易于损坏集成在基片上的其他元器件。文献【9l击黾出了沉陷微流控芯片于1992年问世[1]，是微机电系统micro—electro—电极法，虽然原理上可行，但电极制作工艺复杂，显然，上述两种mec