1、微機電系統(tǒng)(簡稱MEMS)是在微電子技術基礎上發(fā)展起來的多學科交叉的前沿研究領域，復雜的微機電系統(tǒng)中，經(jīng)常需要封裝基片結構，因此封裝技術是MEMS系統(tǒng)的關鍵技術，而鍵合技術又是各類封裝方法中最為重要的一類。陽極鍵合作為在MEMS系統(tǒng)中所使用的一項重要鍵合技術，具有工藝簡單、鍵合強度高、密封性好等優(yōu)點，廣泛應用于微電子技術和MEMS技術等領域。發(fā)展低溫、低電壓陽極鍵合，可以避免高溫、高電壓引起的材料被擊穿、電子元件的損壞、材料氧化以及產生

2、熱應力等不良現(xiàn)象。同時低溫陽極鍵合使MEMS的封裝工藝的可選擇性更廣、應用也更為廣泛。因此，配合研究快速、低溫、高質量的陽極鍵合技術，尋求符合要求的新材料就具有重要的實際意義。 與傳統(tǒng)的鍵合基片材料玻璃相比，微晶玻璃以其系統(tǒng)廣泛、品種繁多、性能優(yōu)異，特別是其熱膨脹系數(shù)在較大范圍內可調而著稱，本課題以微晶玻璃代替?zhèn)鹘y(tǒng)耐熱玻璃作為陽極鍵合基片材料，通過選擇合適的微晶玻璃系統(tǒng)與組成、優(yōu)化其熱處理制度、控制其主晶相種類、晶粒含量及其尺寸

3、大小，調整其熱膨脹系數(shù)，使之與硅片、金屬(不銹鋼)等鍵合材料近似匹配，達到減少鍵合應力、降低鍵合溫度、提高鍵合質量的目的；同時利用陽極鍵合裝置進行了陽極鍵合實驗及鍵合性能測試，并詳細分析了鍵合工藝參數(shù)對鍵合質量的影響，探尋了鍵合工藝制度與鍵合性能之間的影響規(guī)律；獲得了鍵合界面微觀結構特征，并對硅/微晶玻璃低溫陽極鍵合進行了研究與探索，初步建立了微晶玻璃與硅片、金屬(不銹鋼)等材料的陽極鍵合模型。 本文的主要研究內容和取得的具體成

4、果有： (1)論文全面概括了微機電系統(tǒng)的發(fā)展狀況，詳細分析了各種鍵合技術方法的優(yōu)缺點及陽極鍵合技術今后的發(fā)展方向。深入探討了微晶玻璃作為良好的封裝材料或鍵合材料的可行性，重點闡述了低溫陽極鍵合的目的及意義，同時簡要介紹了論文的研究內容、研究目標、技術路線及實驗工藝流程。 (2)系統(tǒng)深入地研究了與金屬材料鍵合的Li2O—Al2O3-ZnO—SiO2(LAZS)系統(tǒng)微晶玻璃組成、結構與性能之間的關系及其變化規(guī)律。通過優(yōu)化基礎

5、玻璃組成及相應的熱處理制度，使微晶玻璃與其鍵合材料的熱膨脹系數(shù)近似匹配，從而達到減少鍵合界面的殘余應力，提高鍵合質量之目的。通過DTA、XRD、SEM及相關的測試方法，重點分析討論了熱處理制度對主晶相、晶粒尺寸大小、析晶程度及其相關性能的影響。實驗結果表明：微晶玻璃試樣的熱膨脹系數(shù)可以達到131.6×10-7/℃-142.32×10-7/℃，最大抗折強度達到95.91MPa，具有良好的抗酸堿腐蝕的能力。由此可見LAZS系統(tǒng)微晶玻璃的熱學

6、、力學、化學穩(wěn)定性等性能足以滿足與選定金屬材料(不銹鋼)進行良好的陽極鍵合。 (3)全面系統(tǒng)地研究了與硅片鍵合的Li2O—Al2O3-SiO2(LAS)系統(tǒng)微晶玻璃。采用差熱分析方法，研究了LAS系統(tǒng)基礎玻璃的析晶動力學，利用Kissinger、JMA及其修正方程計算該系統(tǒng)玻璃的析晶活化能等動力學參數(shù)，分析鋰鋁比對其析晶動力學的影響機制。探討了LAS微晶玻璃組成、結構和熱膨脹性能三者之間的關系，重點研究了組成、復合晶核劑對微晶玻

7、璃的析晶性能、微觀結構以及熱膨脹系數(shù)的影響。 (4)采用優(yōu)化組分和二步熱處理法制備了熱膨脹系數(shù)與硅片近似匹配的LAS系統(tǒng)微晶玻璃，并在測試微晶玻璃熱膨脹系數(shù)、抗折強度等基本性能的同時，著重研究了微晶玻璃的電學性能(介電性能，電阻率等)，為后期鍵合機理的研究創(chuàng)造有利條件。結果表明：微晶玻璃的室溫電阻率大于基礎玻璃，且隨溫度的升高電阻率呈下降的趨勢；微晶玻璃的介電常數(shù)和介電損耗均小于基礎玻璃。在介電性能方面，LAS系統(tǒng)微晶玻璃更適宜

8、作為電子器件的絕緣封裝材料。 (5)創(chuàng)新性地開展了不銹鋼/微晶玻璃、硅/微晶玻璃陽極鍵合實驗。根據(jù)不同鍵合材料的特殊性，選取不同的鍵合工藝參數(shù)進行了陽極鍵合實驗。通過對鍵合狀況的觀察及鍵合強度的測試，分析了電壓、溫度、時間和壓力等鍵合工藝參數(shù)對鍵合效果的影響，探討了低溫鍵合工藝參數(shù)與鍵合性能之間的變化規(guī)律。 (6)實驗采用去離子水、特殊的化學溶劑和等離子體刻蝕等三種不同的基片材料表面處理方式，比較分析了不同表面處理方法對

9、陽極鍵合質量的影響；詳細分析了陽極鍵合影響因素，系統(tǒng)評價了五種陽極鍵合強度的表征方法；通過檢測分析鍵合界面微觀形貌及結構特征，并對硅/微晶玻璃低溫陽極鍵合進行了研究與探索，初步建立了硅/微晶玻璃、金屬/微晶玻璃陽極鍵合模型。 (7)自制了簡易陽極鍵合裝置(大氣環(huán)境)，并購置了一套真空陽極鍵合設備；圍繞本研究內容的開展，同時配合學校211建設引進了一套美國進口精磨拋裝置、利用學?？蒲袑ｍ椈鹋渲昧艘惶兹毡具M口超景深三維顯微系統(tǒng)。