基于干湿法活化相结合的硅-硅低温键合

针对传统的硅片低温键合方法,提出了一种将湿法活化与等离子体干法活化相结合的硅片直接键合方法.通过工艺参数实验得到了在等离子体活化时间为90s、预键合施加负载为1 500N时可以实现较好的键合.之后进行了此法与干法活化和湿法活化的对比实验,结果表明此法在获得较高键合强度的同时可以明显减少采用干法时在退火后空洞的产生,满足后续工艺的使用要求.最后用干湿结合的方法实现了带腔体硅片的键合,弥补了湿法活化在硅片键合上的运用限制.     

Yb:Y3Al5O12/Y3Al5O12复合晶体键合质量与激光性能研究

采用热键合技术制备了Yb:Y3Al5O12/Y3Al5O12(Yb:YAG/YAG)复合晶体。利用原子力显微镜和激光器分别对复合晶体键合界面形貌和散射情况进行了测试,结果表明Yb:YAG/YAG复合晶体无复合界面空间层,无界面散射,键合质量良好,实现了一体化。采用压力法测试得到复合晶体键合面的剪切强度为22.63 MPa。在激光二极管泵浦下,复合晶体实现了722 mW的连续激光输出,斜效率为26.7%。     

基于UV光照射在硅片表面活化的阳极键合工艺研究

为了减少阳极键合试验时Si片和Pyrex玻璃片的键合困难,提高硅片表面活性和键合质量,在阳极键合的表面预处理工艺中引进UV光对硅片的活化并对其工艺参数和效果进行评估。基于阳极键合实验的基本流程,采用对比实验,探究UV光对硅片的照射与否,以及对硅片照射的时间长短对硅片表面的影响,并利用大恒图像系列数字摄像机、单轴拉伸测试仪分别对UV光照射前后硅片的活化效果和键合强度进行了测试与表征。结果表明经过该UV光源适当4 min时间照射的硅片,其表面的亲水键合活化能得到很大提高,可以显著地改善键合片的表面状况。验证了该工艺在阳极键合的预处理方法上的可行性和有效性。     

溶胶-凝胶法Al2O3涂层碳纤维的制备与表征

该文研究了溶胶-凝胶法在碳纤维表面制备氧化铝(Al2O3)涂层时勃姆石溶胶浓度、涂层厚度和材料的层间剪切强度的关系，发现Al2O3涂层的厚度与勃姆石溶胶浓度基本呈线性关系，并且随着溶胶浓度的提高，涂层厚度增加，试样的层间剪切强度表现为先增加后下降的趋势。在勃姆石溶胶的浓度为0．27mol／L左右时，所得Al2O3涂层的厚度约为30nm，环氧基复合材料的层间剪切强度达到最大值。X射线光电子能谱和扫描电子显微镜分析表明，在碳纤维表面形成的Al2O3薄膜均匀、完整。     

埋氧层对SOI/玻璃键合的影响及其键合工艺的改进

运用阳极键合技术,对绝缘体上硅(SOI)/玻璃进行阳极键合实验,发现当埋氧层厚度超过500nm时,键合很难成功.分析了SOI埋氧层厚度对耗尽层电压降及键合静电力的影响,得出由于埋氧层的分压作用,耗尽层的压降减小,键合静电力减弱,导致键合失败.通过设计高压直流和高压脉冲两种输出方式的电源系统,提高氧负离子的迁移速率从而提高键合速度.从平板式阳极引一根探针电极到SOI器件层表面,使键合电压直接加在耗尽层上,避免埋氧层厚度对键合的影响,提高键合静电力.实验表明,通过改进的键合设备能实现不同氧化层厚度的SOI片与玻璃间的键合,该设备还适用于其他异质材料间的阳极键合.     

Sn-Zn钎料Cu接头的界面反应及力学性能

研究了时效对Sn-Zn-Bi-Nd/Cu接头的界面反应和力学性能的影响.实验结果表明:经过150 ℃下400 h时效,反应扩散层中不仅原有的Cu5Zn8反应层厚度增加,在近Cu一侧还形成了Cu6Sn5反应层.此外,实验发现在Cu5Zn8反应层中易形成微裂纹,且裂纹长度随着时效时间的延长而增加.此时Sn-Zn钎料接头的剪切强度低于Sn-Pb钎料接头的剪切强度,断裂形式为贯穿CusZns反应层的解理断裂.在80℃时效后,Sn-Zn钎料接头的剪切断口位于钎料区,断裂形式为延性断裂,当时效时间达到1000 h,接头的剪切强度与Sn-Pb钎料接头的剪切强度相当.     

埋氧层及铝层对SOI／玻璃静电键合的影响

介绍了SOI／Pyrex玻璃静电键合的实验过程和实验现象,利用电流表对静电键合电流进行测量。发现埋氧层厚度越厚,键合电流越小,键合波扩散速度越小。提高键合电压,能有效增大键合电流及加快键合速度。实验也表明玻璃表面溅射铝层对键合产生较大影响。理论分析了产生这些现象的原因,得出埋氧层厚度和键合电压与静电力的关系式。还提出从阳极引一探针电极到SOI器件层,提高玻璃耗尽层与器件层之间电压,实现厚埋氧层SOI片与玻璃键合的方法。     

介质阻挡放电电压对阳极键合材料表面性能的影响

通过亲水角和表面形貌两个标准,探究了介质阻挡放电电压对低温阳极键合材料性能的影响。实验采用1 mm厚的玻璃片和2 mm厚的氧化铝陶瓷片作为阻挡介质,在放电时间为10 s,放电间隙1.5 mm的放电条件下进行活化。实验表明,放电电压为24 kV时,活化效果较好,此时玻璃片亲水角14.3°,硅片亲水角33.5°,玻璃片粗糙度为0.643 nm,硅片粗糙度0.419 nm。     

亚微米电解加工的试验研究

为了增强Ag纳米线在亚微米电解加工中的稳定性,对其表面溅射金属Au.Ag纳米线的稳定性试验结果表明,溅射层越厚,Ag纳米线在电解加工环境中的稳定性越好,但是过厚的溅射层会使纳米线发生弯曲.当溅射层厚度约为55 nm时,溅射层不够致密,电解加工时亚微米工具电极会发生溶解;当溅射层厚度约为310 nm时,溅射层的内应力过大,亚微米工具电极出现弯曲.因此,采用溅射层厚度约为150 nm的亚微米工具电极进行亚微米电解加工.在浓度为0.1mol/L的H2SO4电解液中,施加电压为4 V、周期为50 ns、脉宽为6 ns的纳秒脉宽脉冲电流,于高温合金试件表面成功加工出亚微米沟槽,沟槽长约30μm,深约80 nm,底部最窄处约为450 nm,入口最宽处约1μm.     

利用凹型电极作用下的硅-玻璃管阳极键合影响因素及力学性能

试验采用阳极键合技术成功实现了硅片与玻璃管的键合,分析了玻璃管长度、温度及电极分别对电流和键合强度的影响。键合过程中电流随着温度升高而增大,但随着玻璃管长度的增加而减小。初始时电流都先迅速增大至峰值电流,然后随着时间的延长而逐渐减小。采用万能材料试验机对试样进行拉伸测试,结果显示键合强度随着玻璃管长度的增加而减小,而随着温度的升高而增大。同条件下,使用凹型电极的硅-玻璃管的强度比使用平行电极得到的强度要高,分析认为:玻璃管长度的增加导致外加电场强度减小和电阻增大,影响离子迁移及界面氧化反应,而凹型电极的使用对键合起到了促进作用。通过SEM扫描分析了硅-玻璃管的键合界面,结果表明键合界面良好。     

TiO2颗粒表面包覆Al2O3纳米膜及其表征

采用连续法在TiO2颗粒表面进行了纳米层Al2O3的包膜,通过TEM、HRTEM、EDS、XPS、ICP和光学性质表征,证明了Al2O3在TiO2颗粒表面形成了一层连续的纳米膜,该层纳米膜比较疏松,厚度为7—10nm。XPS证明Al2O3为物理包覆,没有Ti—O—Al键形成。光学性质的检测表明了Al2O3包膜后TiO2其消色力、白度、光泽性都有明显提高,并且其在表面憎水性增强,油中分散性提高。     

铝铜连接的感应钎焊工艺

为使钎焊技术进一步提高,采用Zn-Al钎料对Al与Cu进行了感应钎焊连接研究,利用扫描电镜、X射线衍射和室温压剪试验等分析手段对接头的微观组织和室温剪切强度进行实验。结果表明,利用Zn-Al钎料可以实现Al与Cu的连接;接头的界面结构为Al/Al基固溶体＋Al-Zn共晶组织＋CuAl2金属间化合物/（Cu,Zn）固溶体层/Cu;在电流为340 A、时间为9 s的钎焊条件下,接头的剪切强度在室温下达到128.5 MPa。     

硅-玻璃管阳极键合影响因素及性能研究

摘 要：试验采用阳极键合技术成功实现了硅片与玻璃管的键合,分析了玻璃管长度、温度及电极分别对电流和键合强度的影响。键合过程中电流随着温度升高而增大,但随着玻璃管长度的增加而减小。初始时电流都先迅速增大至峰值电流,然后随着时间的延长而逐渐减小。采用万能材料试验机对试样进行拉伸测试,结果显示键合强度随着玻璃管长度的增加而减小,而随着温度的升高而增大。同条件下,使用凹型电极的硅-玻璃管的强度比使用平行电极得到的强度要高,分析认为：玻璃管长度的增加导致外加电场强度减小和电阻增大,影响离子迁移及界面氧化反应,而凹型电极的使用对键合起到了促进作用。通过SEM扫描分析了硅-玻璃管的键合界面,结果表明键合界面良好。     

镀锡钢板铬酸盐钝化膜的X射线光电子谱分析

使用X射线光电子能谱(XPS)全元素扫描分析方法对镀锡钢板铬酸盐钝化膜的成分进行了分析研究.结果表明,组成钝化膜的主要元素为Cr,O,Sn和C.通过Ar+溅射对钝化膜进行深度剖析表明,C元素来自于表面的污染而不是膜层本身;Cr和O元素随着Ar+溅射的进行含量逐渐降低,而Sn元素的含量却逐渐增加.溅射约360 s后,Sn元素的含量已达到了80%以上,此时所对应的钝化膜的厚度约为20 nm.通过窄幅扫描对钝化膜的相组成进行了分析,结果表明钝化膜主要由Cr(OH)3,Cr2O3,Sn及其氧化物构成.     

Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移组织与性能

借助扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和微剪切试验等手段,研究了镀镍还原氧化石墨烯(Ni-rGO)增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移组织与性能。研究结果表明:在恒温120℃、电流密度1×10~4 A/cm~2条件下,随着通电时间的增加,Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移阳极区金属间化合物(IMC)层Cu_6Sn_5和Cu_3Sn平均厚度增大,阴极区界面IMC层Cu_6Sn_5平均厚度减小、Cu_3Sn平均厚度先增大后减小。Ni-rGO的添加,明显抑制了Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移阳极区Cu_6Sn_5的生长及阴极区微空洞的生成,提高了钎焊接头剪切强度。通电72 h后,Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头的剪切强度较未添加Ni-rGO的提高了47.8%。复合钎料/Cu钎焊接头电迁移剪切断裂,由阴极钎缝区呈以韧窝为主的韧性断裂,向界面IMC由解理、准解理和少量韧窝组成的混合型断裂转变。     

Cu表面氧化规律及其对铜—陶瓷材料键合强度的影响

在用于电力半导体模块的新型封装材料ＣｕＡｌ２Ｏ３陶瓷直接键合基板中，Ｃｕ与Ａｌ２Ｏ３间形成的键合，是通过ＣｕＡｌＯ化学键，以Ｃｕ２Ｏ为中介形成的，其键合强度主要受ＣｕＣｕ２Ｏ之间的结合力限制．从而可以认为，铜箔表面的氧化层对键合强度起着极为重要的作用．为此，文中对Ｃｕ表面的氧化规律、氧化层厚度与时间和温度间的关系及其对ＤＣＢ板界面键合强度的影响进行了仔细的研究，获得了较理想的结果．     

激光植球工艺仿真方法研究

为解决焊接试验周期长、局限大和成本高的问题，采用数值模拟的方法对复杂的焊接试验进行模拟计算来预测焊接目标的可靠性。本文利用ANSYS有限元分析软件以Φ500μm的Sn63Pb37焊球为研究对象，建立旋转高斯体热源模型，进行热瞬态分析和剪切强度分析，研究激光焊接温度场和焊接后焊球剪切强度。将焊球剪切强度的仿真结果与焊球剪切试验的测试结果进行对比，发现两者之间的误差小于10%，验证了本文提出的激光植球工艺仿真模型的正确性。本文所建立的工艺仿真模型可以用于不同焊接工艺参数条件下Sn63Pb37焊球剪切强度的预测。     

时效处理对Sn57Bi0.5Ag/Cu钎焊接头组织及性能的影响

研究了Sn57Bi0.5Ag/Cu钎焊接头在70℃、100℃时效过程中的显微组织和剪切强度的变化。结果表明:在钎料和Cu基体的界面间存在金属间化合物,随时效时间的延长,界面金属间化合物层的厚度增厚,接头区的组织出现了粗化;脆性的金属间化合物是钎焊接头的薄弱环节,接头剪切强度随时效时间的增加和界面化合物的增厚而下降;在时效时间达1000min以后,容易在金属间化合物层内观察到空洞。     

AuSn/(Ni/AlSi)焊点的界面反应及剪切强度

分别采用双辊甩带快速凝固技术和喷射沉积技术制备AuSn焊料和AlSi合金,研究AuSn/(Ni/AlSi)焊点的界面反应特征及固相老化退火时间对焊点组织和剪切强度的影响。研究结果表明:在300℃钎焊90 s后,AuSn/(Ni/AlSi)焊点形成细小的层状(ζ-Au5Sn)+(δ-AuSn)共晶组织和针状的(Ni,Au)3Sn2相。焊点在200℃固相老化退火不同时间后,共晶组织明显粗化,焊料/基体界面处形成(Au,Ni)Sn+(Ni,Au)3Sn2复合金属间化合物(IMC)层,且随退火时间延长逐渐增大。退火时间达1 000 h时,在(Ni,Au)3Sn2/Ni界面处产生(Ni,Au)3Sn相。当退火时间小于300 h时,焊点剪切强度随退火时间延长逐渐降低,断裂形式主要是发生在焊料/IMC界面的脆性断裂。退火时间继续延长剪切强度基本不变,断裂主要发生在IMC内部,而且从断裂模型沿晶断裂转变为穿晶断裂。     

用于三维封装的多层芯片键合对准技术

采用离心力使硅片直角边与模具凹槽直角边贴紧对准的思想,提出了一种用于三维系统封装的多芯片对准技术.基于该技术原理制作了对准装置,并实现了多芯片一次性对准键合(6层芯片).具体过程包括:加工带方形凹槽的模具;将芯片切割为形状一致的方形,并保证边缘整齐;将芯片置入凹槽并旋转模具,对准后停止旋转并夹紧固定堆叠芯片;将固定后的芯片转移至键合腔内实现键合,试验测试键合后对准误差为4μm.具体分析了影响多层芯片对准精度的因素,并提出了优化方案,论证了离心对准技术的可行性.