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.     

衬底硅片质量对SDB工艺的影响研究

硅-硅直接键合技术广泛应用于SOI、MEMS和电力电子器件工艺中,衬底抛光片的质量对键合质量及器件性能起着至关重要的影响。衬底抛光片的质量包含几何尺寸精度及表面状态质量,会影响键合过程中的界面应力,或造成键合界面空洞的产生,从而影响键合质量。     

耐高温压阻力敏硅芯片及静电键合工艺

采用微型机械电子系统(MEMS)技术制作出了平膜型硅隔离(SOI)耐高温压阻力敏硅芯片,采用静电键合工艺将该力敏硅芯片封装在硼硅玻璃环上,制作出倒杯式弹性敏感单元.分析了静电键合时力敏硅芯片与玻璃环的对准偏差对力敏硅芯片非线性的影响;实验验证了静电键合工艺对硅芯片温度性能的影响以及制作的耐高温压力传感器的性能.结果表明,对准偏差对硅芯片的非线性有较大影响;静电键合工艺对硅芯片的零位时漂和热零点漂移影响较小;制作的耐高温压力传感器具有优良的性能指标,能满足实际的工程应用需求.     

铝与玻璃的多层键合

铝与功能玻璃的阳极键合技术以其显著的特点：焊接温度低（低于材料的软化温度）,工件变形小,工艺过程简单,使得由于热膨胀而带来的材料热物理性能不匹配问题得以缓解,是自动化工业、生物医药应用、太阳能电池板及航天航空工业领域的特殊器件生产的关键技术之一。本文简要介绍了铝与玻璃多层阳极键合的工艺,分析了阳极键合的机理：离子扩散和阳极氧化是实现键合的主要原因。     

薄层SOI场pLDMOS击穿机理研究

为了解决薄层SOI(silicon-on-insulator)场LDMOS(laterally diffused metal oxide semiconductor)击穿电压偏低,容易发生背栅穿通的问题,提出一种基于场注入技术的薄层SOI场pLDMOS(p-channel lateral double-diffused MOSFET).通过建立该场pLDMOS的穿通机制数学模型,分析了其4种击穿机理:背栅穿通、沟道横向穿通、横向雪崩击穿和纵向雪崩击穿.仿真结果表明,场注入技术穿过厚场氧层向下注入硼杂质,通过控制注入能量和体区浓度获得浅结深,从而提高器件对背栅穿通的抵抗力;优化的沟道长度和埋氧层厚度分别消除了沟道的横向穿通和纵向雪崩击穿;双层场板结构调制器件表面电场分布,避免了器件过早地横向雪崩击穿.在优化器件相关结构参数和工艺参数基础上,成功基于1.5 μm厚顶层硅SOI材料研制出耐压300 V的场pLDMOS.相比较于常规厚层场pLDMOS器件,顶层硅厚度由大于5μm减小到1.5 μm.     

用于微电子机械系统封装的体硅键合技术和薄膜密封技术

对静电键合、体硅直接键合和界面层辅助键合等三种体硅键合技术，整片操作、局部操作和选择保护等三种密封技术，以及这些技术用于微电子机械系统的密封作了评述，强调在器件研究开始时应考虑封装问题，具体技术则应在保证器件功能和尽量减少芯片复杂性两者之间权衡决定。     

ZnO陶瓷键合Cu电极技术的研究

研究了Ｃｕ－ＺｎＯ陶瓷键合技术，并探讨了其作为电极用在线性ＺｎＯ陶瓷电阻器上对器件性能的影响，运用扫描电镜对Ｃｕ－ＺｎＯ陶瓷的键合结构进行了分析，测量了键合Ｃｕ电极后的接触电阻及器件耐电流冲击的稳定性，并与镀Ｃｕ、喷Ａｌ及烧Ａｇ电极进行了分析对比。同时，研究了键合Ｃｕ电极的工艺对ＺｎＯ陶瓷本体电阻产生的影响。     

基于SIMOX材料的可集成高压器件研究

通过增加一次高压注入, 对0.8μm SOI CMOS工艺平台进行智能电压扩展. 在SIMOX材料上设计并实现了兼容该工艺的横向高压器件, 实现了低压CMOS与高压LDMOS的单片集成. 在硅膜厚度为205nm、埋氧层厚度为375nm的SIMOX材料上, 研制出阈值电压、击穿电压分别为1.3V、38V的高压LDMOS. 此高低压兼容SOI技术可将高低压器件单片集成, 节约了芯片成本, 提高了可靠性.     

层合玻璃热应力的数值模拟

用三维有限元程序LS-DYNA对由两种透明材料组成的层合玻璃在均匀变温下的热应力进行了数值模拟,得到了层间剪应力的分布,并分析了材料和胶层厚度对层间剪应力的影响:当材料相同时,胶层厚度越大层间剪应力越小;当胶层厚度相同时,材料热膨胀系数相差越大层间剪应力越大。     

采用Sn中介层的覆Al薄膜硅片键合技术研究

研究采用Sn作为中间层键合覆盖Al薄膜的硅片。相对于Al-Al直接热压键合,该系统能提供低温、低压、快速的圆片级键合方案。采用直径为100 mm硅片,溅射一层500 nm厚度的Al层后,在N2气氛下进行450°C,30分钟退火,采用Ar等离子体清洗后,溅射一层500 nm厚度的Sn层。将硅片金属面紧贴在一起放入键合机中键合,在真空中进行。键合时间为3分钟条件下,得到平均剪切强度为9.9 MPa,随着键合时间增加,剪切强度显著降低。     

陶瓷微晶玻璃釉的制备工艺

选择CaO-MgO-Al2O3-SiO2系统作为微晶玻璃釉的基本组成，研究微晶玻璃釉的制备工艺，并考察施釉方法、坯釉结合、添加少量粘土对工艺的影响．结果表明，湿法施釉应考虑制品对釉面平滑度和光泽度的要求，当湿法施釉工艺可以达到釉面细腻光滑时，可以得到具有亚光效果的微晶釉；以烧结坯作为微晶釉的基体时，坯釉结合良好，机械敲击无法使坯釉分离．外加少量高岭土可影响玻璃体起始析晶温度和晶化温度、微晶釉的显微结构和性能，对机械性能如硬度等会造成不利影响，并可能不利于其热力学性能．     

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。     

Kovar与K4玻璃阳极焊接机理及影响因素

分析了Kovar合金与K4玻璃阳极焊的结合机理和主要工艺参数对连接过程的影响,提出了金属与玻璃的连接机理为电场和温度场作用下的离子迁移、复合氧化物过渡层的生成和沉积,电压、温度、压力及试样表面质量是影响离子迁移和结合的主要因素,相匹配的热膨胀系数是防止开裂保证良好连接的必要条件。     

热超声键合过程中键合力波动特性仿真研究

利用有限元分析方法研究了在铜金属化晶片上进行金引线热超声键合过程中的键合力变化情况,建立了基于率相关材料特性的热超声键合有限元模型,对键合中的碰撞和超声两个过程进行了仿真分析,并引入平均键合力、键合力标准差值等统计参量来判定键合力的波动变化,从而更加准确地揭示了各键合参数对键合力波动的影响规律.研究结果表明:碰撞初速度(v0)、超声时间或键合温度的增加,均会使得键合力的波动加剧,不利于键合力的控制;对于v1/v0(v1为劈刀速度)则存在一个合适的值,可以使得键合力的波动变化最小.     

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。     

纳米SiO2修饰玻纤表面对玻纤/聚丙烯复合材料界面性能的影响

借助纳米颗粒的高比表面积特性,将纳米二氧化硅通过化学接枝方法修饰玻璃纤维表面,制备玻璃纤维/聚丙烯（PP）热塑复合材料。通过SEM表征纳米二氧化硅在玻璃纤维表面的分布形态,结果表明纳米颗粒在纤维表面分散良好;通过界面剪切强度测试（IFSS）和界面断裂韧性测试（G_ⅡC）表征复合材料界面的静态力学性能,结果显示材料的界面剪切强度与界面断裂韧性同时获得了较大的提升;动态热机械分析测试（DMA）的结果表明复合材料在动态测试下的综合界面结合性能均得到较大的提升。     

离心浇铸挤压复合钢管界面组织与性能

采用离心浇铸挤压工艺制备了20Cr/1Cr18Ni9Ti复合钢管. 通过扫描电镜研究了试制复合钢管界面区域的显微组织,利用拉伸实验和热疲劳实验测试了其力学性能. 结果表明,采用离心浇铸挤压工艺生产的复合钢管实现了界面完全冶金结合,界面结合强度大大提高,界面处存在的过渡区增强了复合管的加工、使用性能. 采用此新工艺生产的复合钢管具有较好的组织和性能,并且工序简短,生产成本低.     

Cu-Al异种材料的感应加热焊接及其工艺研究

利用感应加热原理,使用功率为0~60 kW且连续可调的高频感应加热设备,完成Cu-Al合金板材的焊接,研究焊接件的界面形貌、元素分布及界面物相分析.分析加热电流和加热时间对界面形貌和结合强度的影响.采用ZWICK-Z050电子万能材料试验机测试界面结合强度,采用扫描电子显微镜和偏光显微镜观察界面形貌,用X射线衍射仪进行物相分析.结果表明：界面中间化合物主要为Al₂Cu,Cu₉Al₄和CuAl相,其中Cu侧主要是Cu₉Al₄和CuAl相,Al侧主要是Al₂Cu相;随着加热电流的增大或加热时间的延长,Cu-Al界面结合层由不平整变为平整,且宽度逐渐增大,同时Cu-Al界面结合强度先增大后减小.感应加热焊接试样界面结合强度可达53 MPa,结合良好.     

阳极连接过程的碱金属单离子迁移模型

在假设玻璃中只有一种正离子（Na^ 离子）可移动,Na耗尽层中离子仅出现在耗尽层边的情况下,根据电学方程得出玻璃-Kovar合金阳极连接中耗尽层厚度变化与连接时间的关系。