静电键合影响因素
阳极键合研究现状及影响因素
阳极键合研究现状及影响因素杜超;刘翠荣;阴旭;赵浩成【摘要】为了提高键合质量、优化键合材料,促进阳极键合技术在工业生产中的应用,本文以“硅/玻璃”的阳极键合为例,阐述了阳极键合作为新型连接工艺的键合机理及工艺过程,介绍了现阶段阳极键合在国内外工业生产中的应用实例及相关研究,尤其是在微电子封装领域所展现的杰出应用前景,同时结合阳极键合过程中对键合参数、材料处理等要求,给出了影响键合质量的各种因素,以及在键合过程中常出现的问题及其解决办法.本文立足于键合机理及键合工艺过程,结合不同材料特性,重点阐述了阳极键合这一新型连接工艺的国内外研究现状及影响键合的因素,为进一步提高键合质量、优化键合工艺、开发新的键合材料等提供理论依据.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2018(026)005【总页数】7页(P82-88)【关键词】阳极键合;键合工艺;键合应用;研究现状;影响因素【作者】杜超;刘翠荣;阴旭;赵浩成【作者单位】太原科技大学材料科学与工程学院,太原030024;太原科技大学材料科学与工程学院,太原030024;太原科技大学材料科学与工程学院,太原030024;太原科技大学材料科学与工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TG496阳极键合技术始于1968年美国学者Pomerantz的一次偶然实验，实验中相互重叠的玻璃和金属在加热时通入直流电后竟使金属牢固的连接到玻璃上.1年后，Pomerantz和Willis发表了关于玻璃(陶瓷)与金属在静电场下建立连接的报道[1-2].报道中提到将一片硅酸盐玻璃放置与两片金属之间并加热，而后在这两片金属两端施加一个静电场形成回路，经过一段时间后发现，连接阳极的金属片与玻璃发生连接，因而这种连接方式称之为“阳极键合”，或者“场助键合”[3].随着现代制造业及各种功能材料的发展，传统的金属与金属间连接已不能满足现代制造业的需求，因而更深层次的金属与非金属、非金属与非金属的连接成为发展趋势[4].阳极键合以其键合过程温度低，键合后材料变形小，机械强度高及键合工艺简单等，有效减少了传统焊接的高温热应力对工件的影响.进入21世纪以来，微电子加工业得到蓬勃发展，与此同时，阳极键合凭借优良的气密性和低温性更多地应用在电子器件的生产和封装过程中，各种功能材料与半导体之间的微型连接技术已经十分成熟，如微型加速度计、微型陀螺仪、微型电磁场传感器、微型压力传感器、微型制动器及微型流量计等[5-7].1 低温阳极键合工艺及键合机理1.1 键合工艺过程阳极键合对被连接材料的表面光洁度有较高的要求，因此，键合开始前的首要工作就是对材料表面进行处理，通常要求材料表面粗糙度低于50 nm，平行度小于5μm；其次用50～80 ℃的RCA溶液(NH4OH∶H2O2∶H2O=1∶1∶5)清洗被连接晶片，并用去离子水漂洗，最后用纯氮气吹干.以玻璃和硅片键合为例，将所要连接的玻璃与硅片相互重叠放置在键合设备中，玻璃与阴极连接，硅片与阳极连接，如图1所示.实验前调整键合参数，包括预热温度200～400 ℃、预设电压500～800 V、键合压力0.1～1 MPa，键合时间6～15 min.在键合过程中，根据需要可以施加氮气保护.1—键合箱；2—压力杆；3—阳极；4—硅片；5—微晶玻璃；6—阴极； 7—集成加热装置(DC:直流电源、IR:数据采集系统、REC:记录计算模块、ICF：调节保护系统、TCS：温度控制系统)； 8—保护气加入口1-thermal bonding box；2-pressurizing pole； 3-anode；4-silicon； 5-glass；6-cathode；7-integrated heating device (DC: DC power supply, IR: data acquisition system, REC: recording calculation module, ICF: regulation protection system, TCS: temperature control system)；8-protective gas inlet图1 阳极键合设备示意图Fig.1 The apparatus used for anodic bonding1.2 低温阳极键合机理阳极键合的过程实质是一种物理热运动及固体电化学反应的集合，而在550 ℃以下的阳极键合称为低温键合.以硅和微晶玻璃为例，常温下这两种材料导电率很低，不能完成键合，但温度对玻璃导电性的影响很大.在实验前对材料进行加热(低于软化点温度)，玻璃内部的Na+被激活并向阴极移动，在靠近阳极一面的玻璃界面形成了被极化的碱金属离子(主要是Na+)耗尽层，造成大量负电荷(O2-)在这一面堆积，因而这一耗尽层内部产生了一个强电场(高达10 6V/cm)[8].在强静电场作用下，玻璃与硅片之间形成强大的静电吸引；在玻璃受热后弹性变形和粘性流动下，玻璃与硅片表面紧密贴合.与此同时，在玻璃/硅连接处O2-与硅发生不可逆的化学反应，形成了—Si—O—Si—键，并与玻璃耗尽层的O2-和内部结构形成硅/氧化合物，随着键合过程的进行，耗尽层逐渐增大，电场达到平衡，完成键合[9-11],如图2所示.图2 硅/玻璃阳极键合原理示意图Fig.2 The schematic diagram of silicon/glass anode bonding principle对于氧负离子的来源，Kreissing 等人的研究发现，在玻璃表层存在水分子，而水分子在温度和电场共同作用下分解出的O2-才是与Si形成氧化物的主要因素[12-13].孟庆森等经过对键合过程的研究发现，硅氧化合物的形成在上述原因之外，且与玻璃硅表面存在的OH-有关[10].硅和玻璃的紧密连接是外加压力、静电力以及OH-之间的吸引力共同作用而实现的.在键合过程中，硅表面的OH-具有极性，放大了玻璃表面离子堆积的作用，使得Si/O在硅表面聚集，并发生反应形成Si—O 键；同时，随着键合的进行，键合温度不断升高，OH-发生脱水聚合反应，氢键被Si—O—Si代替，从而形成稳定的硅氧化合物.关于阳极键合过程中离子反应和传输机制尚无统一定论，因而阳极键合的机理还需进一步研究.2 阳极键合现阶段主要应用2.1 玻璃/硅的阳极键合玻璃与硅的阳极键合以其键合温度低、键合强度大、键合工艺简单等优点，已广泛应用于微电子器件的制作和生产，其中Shoji等利用微晶玻璃优良的光学通透性，设计并开发出新型压力传感器[14]，如图3所示，研究表明，利用这种玻璃陶瓷的低温阳极键合工艺对电子器件进行封装是十分可靠的.Kober等人设计的电容式微型压力传感器中空腔的连接就是利用“玻璃/硅”的阳极键合而实现，在玻璃一侧压力发生变化，硅片材料上的电流值会发生变化从而检测出压力值[15]，这种键合工艺没有额外的钝化层，避免污染电子器件.Weichel等利用阳极键合技术实现了化学计量氮化硅与玻璃的连接，在键合性能优异的同时还增加了MEMS器件的一些附属功能[16]，其键合强度高达35 N/mm2.韩国的Lee等通过将硅片进行加工后利用阳极键合技术将玻璃键合到硅片上，开发出一种新型味探针药物注射器[17]，不仅可以对病灶进行少量药物精准注射，同时还能减少脑损伤的风险.日本的WU等通过刻蚀等中间制造工艺在玻璃表面加工出一个支点，利用阳极键合的方式将底部的玻璃和硅片进行连接，设计出球形硅微镜[18].图3 玻璃/硅压力传感器阳极键合示意图[14]Fig.3 The anode bonding diagram of Glass / Silicon Pressure Sensor[14]2.2 玻璃/金属的阳极键合金属优良的导电性和高强度使其广泛应用于各种传感器的生产制造过程.陈铮等设计开发出一种压力传感器，利用阳极键合技术对Kovar基体和玻璃基体进行连接，与传统的硅压电传感器相比，这种玻璃/金属键合后生产的压力传感器更适应不同的工作环境[19].Wang等通过溶胶-凝胶法在不锈钢片上镀一层SiO2，利用阳极键合实现了“玻璃/不锈钢”的连接[20].2.3 通过中间层进行的阳极键合Kutchoukov等人设计出一种纳米微流体装置，首先在玻璃上沉积一层非晶硅，然后再与玻璃进行阳极键合，实现了“玻璃/硅/玻璃”的阳极连接[21].Visser等人成功利用SiO2和硼硅玻璃当做中间层进行“硅/硅”键合[22].浙江大学沈伟东等人通过电子束蒸发玻璃膜作为中间层，利用阳极键合技术实现了“硅/硅”的连接[23]，同时用TMAH溶液进行基底减薄,获得了厚介质层薄顶层硅结构,这为一些MEMS器件的制作奠定了基础.Mrozek在玻璃表面通过真空沉积的方式引入一层钛薄膜，实现了“玻璃/玻璃”的阳极键合[24-25].Knapkiewicz等人通过溅射的方式在玻璃表层溅射一层100 nm的P型硅，实现了“玻璃/玻璃”的阳极键合[26].2.4 单晶硅与功能陶瓷的阳极键合功能陶瓷以其质轻、耐蚀、耐高温、高强度等特点，已越来越多地应用于工业生产的各个领域，但由于功能陶瓷与金属材料在物理性能方面有较大差异，难以进行直接键合.Sasaki等人在钛锆酸铅陶瓷(PbZrxTi1-xO3；PZT)表面溅射一层玻璃，实现了硅晶片与其的阳极键合[27].Chung等利用同样方法成功将陶瓷激发器与硅片进行阳极键合[28].孟庆森等人利用射频磁控溅射法在ZrO2陶瓷表面沉积一层钠硼硅酸盐玻璃，实现了ZrO2陶瓷与单晶硅的阳极键合[29].2.5 多层阳极键合由于MEMS器件生产过程的需要，3层甚至多层材料的阳极连接也有了长足的发展.运用双阴极单阳极的阳极键合技术可实现“玻璃/硅/玻璃”的3层键合；若利用反置电极，则可实现“硅/玻璃/硅”的3层键合[30].Despont等运用交流电作为电源实现了“硅/玻璃/硅”的3层键合[31]，其强度可以达到1 MPa以上，为离子反应刻蚀工艺提供了新的研究方向.Nitesh等人研制了一种表面测试设备，该设备中的一个结构是利用标准光刻蚀法来实现“硅/玻璃/铝/玻璃/硅”的5层阳极键合[32].2.6 离子导电聚合物的阳极键合导电聚合物通常用于电池及超级电容器的生产制作过程，随着功能有机聚合材料在性能和形态上的发展，导电聚合物作为MEMS的封装材料正被越来越多的学者所重视.太原科技大学的阴旭、刘翠荣等人成功实现了适用于MEMS器件封装的PEO-LiCLO4 与金属Al的阳极键合，利用LiCLO4中锂离子的迁移形成电流，在强静电场下耗尽层和金属Al之间形成过渡层烷氧基铝([(CH2CH2O)n]3Al)，如图4所示.这项研究拓展了离子导电聚合物作为封装键合材料的应用[33].图4 阳极键合界面SEM表征图[33]Fig.4 SEM image of a typical anodic bonding interface[33]3 阳极键合的影响因素3.1 预热温度预热温度是阳极键合的一个很重要的工艺参数，以硅/玻璃键合为例，玻璃在室温下很难导电，原因是内部的碱金属离子(Na+)在室温下表现为惰性离子，当温度升高时，玻璃内部结构发生变化，可以游离出更多自由移动的钠离子，并在强静电场作用下向阴极迁移，从而形成电流.因此，合理的键合预热温度是键合质量的保证，温度过低则玻璃导电性差降低键合效率，温度过高则会使玻璃过度软化，不能完成键合，因此，键合的预热温度和键合过程中的键合温度一定要控制在键合材料软化点以下.在加热方式上，除了传统的加热工艺， Wild 等采用激光加热的方式对键合材料局部进行加热，有效降低了温度对温敏元件的影响[34].我国学者李星、陈立国等自主设计了新型激光辅助阳极键合系统，并实现了硼硅玻璃BF33与硅的键合[35].陈明祥等人利用感应加热的方式更好的促进了键合材料内部碱金属离子的迁移，从而使键合质量提高[36].3.2 键合电源及电压键合时电压的大小直接影响材料两端电场强度及键合过程中的峰值电流.适当的键合电压可以使键合材料间产生强大的静电吸引，并使材料发生弹性变形及粘性流动，但过高的电压又会击穿材料，破坏键合.直流电源是应用最早的键合电源，近年来，脉冲电源凭借其可变频控制及电极多样化的优势已逐步取代直流电源.Lee等人采用一种方形波脉冲电源对键合材料施加电压(图5为波形示意图)，在很大程度上减小了键合所用时间，提高了键合效率[37]；杨道红等人研究并应用了双电场技术成功对“玻璃/硅”进行阳极键合[38].台湾学者Huang等人采用螺旋点电极代替传统电极,如图6所示，有效减少了键合过程中的孔洞残留，提高了键合效率[39].图5 脉冲电压的波形示意图[37]Fig.5 Waveform schematic diagram of the pulse voltage[37]图6 螺旋点电极[39]Fig.6 The point electrode of spiral[39]3.3 键合时间通过键合前的预热激活材料内部结构，使之利于导电，因此，在键合初期键合电流就会上升到最大值，在很短的时间完成键合.但仍可以通过增加键合时间来进一步提高键合质量，因为离子迁移和化学反应形成化合物不能在很短时间全部完成，虽然键合后期电流值很低，离子迁移很少，但键合层生成后在材料界面沉积也需要一定时间，同时键合密度和键合层厚度也可以通过增加键合时间来提高[40].3.4 键合材料表面处理及压力控制由于两种材料键合界面是在强静电场吸引下完成的，因而在键合过程中只需要适当的压力保证两界面紧密贴合即可，过大的压力有可能会损坏键合材料.同时键合材料表面不可能做到绝对光滑，因此，在键合开始前对材料表面进行预处理时，除去除材料表面杂质外，也应尽可能降低材料表面粗糙度，这样在压力和高温的共同作用下产生粘性流动，继而使连接材料之间形成相对紧密的接触，这对键合质量的提高是十分有效的.3.5 材料导电性及热膨胀系数阳极键合实质是电化学反应，因而必须要求材料导电或在一定条件下(温度、电场)导电.硅/玻璃的阳极键合正是利用玻璃在加热后产生自由移动的碱金属离子而导电.键合必然会产生热应力和应变，当热应力较大而材料热膨胀系数较小时，可能造成材料开裂，因此，热膨胀系数也是阳极键合一个重要影响因素，可以通过控制键合温度使键合材料达到相近的热膨胀系数，亦或降低材料厚度减少因热膨胀系数差异导致的键合开裂，提高键合质量[41].4 结论阳极键合作为一种更加便捷和安全的连接工艺，已在工业生产各环节中体现出它的价值，各国学者也对其工艺方法和应用进行了相关研究.作为一项新型连接工艺，阳极键合相较于传统的焊接工艺，不需要高温下的熔融再结晶，键合过程更加清洁和高效，同时键合热应力小、对器件无污染；相较于粘接工艺，阳极键合又具有气密优良、强度高及耐蚀的优点.但阳极键合的发展还有很多亟待解决的问题：键合过程中各工艺参数(键合电源电压、键合时间、键合温度及压力等)的变化及键合材料的处理对键合效果有显著影响，因而键合工艺过程还应继续优化；阳极键合的机理尚没有统一的定论；如何更好地促进键合过程中离子迁移及键合层形成，同时提高键合强度仍待继续研究；键合设备还需随着键合工艺及材料的改变而进一步开发. 参考文献：【相关文献】[1] WALLI S G AND POMERANTZ D I.Field assisted 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固液分离总结（补充版）
固液分离总结（补充版）预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制1、化学选矿与物理选矿的关系选矿依据：物理：物理与物理化学性质的差异，化学：化学性质的差异。
选矿对象：物理：相对易选的富矿，化学：细贫杂等难选矿；“三废”资源化。
原料形态：物理：原矿，化学：难选原矿，物理选矿的中矿、尾矿，“三废”资源。
分选本质：物理：分离、富集，不改变矿物自身组成，化学：化学处理，改变矿物自身组成与结构。
产品形态：物理：矿物精矿，化学：化学精矿。
2、化学选矿的一般过程或常见的化学选矿方法有哪些？1）原料准备：矿物原料的破、磨、配料；预先富集。
2）焙烧：使目的组分矿物转变为易浸的或易于物理分选的形态，部分杂质分解挥发或转变为难浸的形态，且可改变原料的结构构造。
3）浸出：使有用组分或杂质组分选择性地溶于浸出液中，从而使两种组分分离。
一般情况下浸出含量少的组分。
4）固液分离：采用沉降倾析、过滤和分级等方法处理浸出液，以获得供后续处理的澄清溶液或含少量细矿粒的稀矿浆。
5）浸出液净化：采用化学沉淀法、离子交换法或溶液萃取法等进行净化分离，以获得有用组分含量高的净化溶液6）制取化学精矿：从净化液中采用化学沉淀法、金属置换法、金属沉积法以及物理选矿法，沉淀析出化学精矿。
常见的化学选矿方法1）矿石焙烧2）矿物浸出3）离子交换4）溶剂萃取5）离子沉淀6）置换沉淀7）金属沉积3、矿物与微生物作用原理等等。
1）直接作用理论是指在有水、空气存在的情况下，细菌与矿物表面接触，将金属硫化物氧化为酸溶性的二价金属离子和硫化物的原子团。
在没有细菌的作用时这一氧化作用只是热力学上可行,十分缓慢而不具实用价值,由于细菌的参与使这一过程加快。
2）间接作用理论在多金属的硫化矿床中，通常含有黄铁矿，在有细菌的条件下，可以被快速氧化，生成硫酸铁。
硫酸铁是一种高效金属矿物氧化剂和浸出剂，其它金属矿物都可以被其浸出。
凡是利用Fe3+为氧化剂的金属矿物的浸出，都是间接浸出。
静电键合影响因素
提高温度和提高电压对键合质量的提高的影响却不一样，不同学者的研究结果都表明键合温度对键合质量的影响更大。
1.温度影响（200~450℃）a）在350--360℃之间进行键合时，键合速度和键合引起的应力和变形是最好的折中。
（9.16cm，525um厚）。
b）温度超过200℃时，在直流电场的作用下钠离子能摆脱玻璃内部晶格的束缚，向阴极移动。
c）膨胀系数:PYREX 7740玻璃在3.3xl0-6/℃左右，硅2.33×10-6/℃左右。
第一个交点20℃左右；第二个相交点在280℃左右；第三个相交点在540℃左右。
在20~280 ℃时，玻璃比硅的膨胀系数大，而在280~540℃时，硅比玻璃的热膨胀系数大一些。
PYREX 7740玻璃软化点820℃短期使用<10h 550℃长期使用≧10h 450℃2.电压影响（200~1000V）键合电压的上限是玻璃不发生击穿，下限则要保证静电吸引力能够引起键合材料的弹性或塑性变形，使键合界面发生紧密接触，从而产生键合。
3.电极影响a).采用点电极进行键合，键合质量好但速度慢。
键合区域由电极处向外扩展，可以避免键合界面空洞的产生，提高键合质量，但时间较长。
b).板电极进行键合，速度快。
键合界面处容易产生的空洞等缺陷。
4.实例a).10mm*10mm*0.5mm薄片。
温度：400℃，电压：750V，键合压力：0.1MPa。
b).15 mm×15 mm×400um硅片,15 mm×15 mm×350um pyrex7740#玻璃。
采用平板阴极方式键合，温度：350℃，电压：400V。
c).20mm×20 mm×2mm薄片。
温度：250～450℃，电压为200～750V，压力为0．05～l MPa。
时间5～10min。
d).直径9.16cm，厚度525um。
温度：350--360℃；电压：200~1000V；压力：3*10-3Kpa~100Kpa。
微机电系统MEMS技术的研究与应用2
4/200417科技导报4/2004微机电系统(MEM S )技术的研究与应用高世桥1曲大成2(北京理工大学机电工程学院,博士、教授、博士生导师1;信息科学技术学院,博士2北京100081)一、微机电系统的发展在自然界中,人们对未知领域的物理研究越来越呈现出两级化的发展趋势。
一方面是针对宇宙的极大化研究,尺度特征为光年,研究手段以射电望远镜为代表;另一方面是针对原子、分子和电子等的极小化研究,尺度特征为微米、纳米甚至皮米,研究手段以扫描隧道显微镜为代表。
这其中,微型化是近二三十年自然科学和工程技术发展的一个重要趋势,而微/纳米技术的研究则推动了这一领域的蓬勃发展。
微机电系统(M icroelectrom echanical S y stems ,简称MEM S )是微/纳米技术研究的一个重要方向,是继微电子技术之后在微尺度研究领域中的又一次革命。
MEM S 是指将微结构的传感技术、致动技术和微电子控制技术集成于一体,形成同时具有“传感-计算(控制)-执行”功能的智能微型装置或系统。
MEM S 的加工尺寸在微米(μm )量级,系统尺寸在毫米(mm )量级。
它的学科交叉程度大,其研究已延伸至机械、材料、光学、流体、化学、医学、生物等学科,技术影响遍及包括各种传感器件、医疗、生物芯片、通信、机器人、能源、武器、航空航天等领域。
MEM S 的发展源于集成电路,但又与之有所区别;MEM S 能够感知物理世界中的各种信息,并由计算单元对信息进行处理,再通过执行器对环境实施作用与控制。
微型化是MEM S 的一个重要特点,但不是唯一特点。
首先,MEM S 不仅体积小、重量轻,同时具有谐振频率和品质因子高(高Q 值)、能量损失小等特点。
其次,可批量加工特点大大降低了MEM S 产品成本;若借助于MEM S 器件库,MEM S 的设计将更加灵活,重用率更高。
最后,强大的计算能力是MEM S 系统实现信息采集、处理、控制的关键,充分利用集成电路的计算优势将会拓展MEM S 在智能控制等领域的应用。
静电干扰的耦合机制及对策
静电干扰的耦合机制及对策措施摘要：静电放电产生的电磁干扰会通过不同的耦合途径耦合到电子设备中，可能会导致设备运行异常甚至损坏。
本文首先介绍了静电干扰的来源以及静电干扰对电子设备、电子元器件的影响，本文接着指出了静电干扰的几种主要耦合机制，并总结出了一些针对静电干扰的对策措施，本文最后简要说明了对电子设备模拟静电放电的测试方法。
一、静电干扰的来源“摩擦起电”是人所共知的。
当不同材料的物体（主要是非金属）相互接触摩擦时，物体间的电荷分布就有可能改变，其中一些物体倾向于释放电子，而另一些物体则会倾向于吸引电子，当这些物体分开时，这些物体会因为电子的转移而形成一定的电位，我们将这一客观存在的电位称之为静电。
物体也可能通过感应等方式带上静电。
当两个存在电位差的物体相互靠近到一定距离时，其间的电位差将感应出电流，并传送相应的电量以抵消电位差，我们将这一过程称之为静电放电，英文缩写为ESD（Electrostatic discharge）。
人体是电子设备最常碰到的静电放电的来源之一。
人体所带的静电量的多少主要与人体所接触的环境及人体本身的一些因素有关，特别是与环境中的相对湿度有关，越是干燥的环境，人体所带的静电就会越多，人体所带的静电量最高可达30KV左右，一般不会高于此值，这是由电晕效应所决定的。
二、静电干扰的影响静电放电过程中，将会产生潜在的具有破坏性的大电流、高电压以及电磁场，可能会使在附近运行的电子设备工作异常，甚至可能会导致设备的损伤或损坏。
静电放电对电子设备硬件的破坏机理与浪涌信号对电子设备硬件的破坏机理差不多，主要有两种机制：一种是由于大电流导致设备硬件过热，从而使元件热失效；另一种是由于高电压导致设备绝缘击穿，这两种都是直接的破坏方式。
当然静电放电也可能对设备硬件产生间接的损坏，例如静电干扰有可能使不能同时导通的晶体管同时导通从而造成二次破坏，其结果往往也是硬件的损伤或损坏。
在实际情况中，这几种破坏机制也有可能在同一设备中同时发生。
键合技巧[常识]
![键合技巧[常识]](https://img.taocdn.com/s3/m/5370852366ec102de2bd960590c69ec3d5bbdb12.png)
键合技术键合技术定义：在室温下两个硅片受范德瓦耳斯力作用相互吸引，硅片表面基团发生化学作用而键合在一起的技术。
键合技术广泛应于MEMS 器件领域，是一项充满活力的高新技术，对我国新技术的发展有十分重要的意义。
在MEMS 制造中，键合技术成为微加工中重要的工艺之一，它是微系统封装技术中重要的组成部分，主要包括以下几方面：1、阳极键合技术优点及应用优点:具有键合温度较低，与其他工艺相容性较好，键合强度及稳定性高，键合设备简单等优点。
应用:阳极键合主要应用于硅/硅基片之间的键合、非硅材料与硅材料、以及玻璃、金属、半导体、陶瓷之间的互相键合。
1、1 阳极键合机理阳极静电键合的机理：在强大的静电力作用下，将二个被键合的表面紧压在一起；在一定温度下，通过氧一硅化学价键合，将硅及淀积有玻璃的硅基片牢固地键合在一起。
1、2 阳极键合质量控制的主要因素（1）在硅片上淀积玻璃的种类硅-硅基片阳极键合是一种间接键合，间接键合界面需引入材料与硅基片热学性质匹配，否则会产生强大的内应力，严重影响键合质量。
因此对硅-硅基片阳极键合时淀积的玻璃种类要认真选择。
（2）高质量的硅基片准备工艺为了提高硅-硅阳极键合的质量，硅基片表面必须保持清洁，无有机残留物污染，无任何微小颗粒，表面平整度高。
为确保硅基片平整，光滑，表面绝对清洁，为此要采用合适的抛光工艺，然后施以适当的清洗工艺。
清洗结束后，应立刻进行配对键合，以免长期搁置产生表面污染。
（3）控制阳极键合工艺参数保证键合质量阳极键合的主要工艺参数：键合温度，施加的直流电压。
为了使玻璃层内的导电钠离子迁移，以建立必要的静电场。
普遍认为键合温度控制在200℃- 500℃较适宜。
推荐的施加电压一般在20V-1000V之间，其范围较宽，具体视玻璃材料性质及所选的键合温度来决定。
1、3 阳极键合技术的应用硅/硅阳极键合的许多实例是在微电子器件中制造SOI结构，此处介绍一种具体工艺流程，如图1-1所示。
化学反应中的键合与构象
化学反应中的键合与构象化学反应是化学学科的核心内容之一，通过探究化学反应的机理以及化学反应中化学键的形成和分解过程，可以更深入地了解化学原理。
而化学键合和构象也是化学反应中的重要内容，可以影响反应速度和反应产物的稳定性。
本文将深入探讨化学反应中的键合与构象。
一、化学键合化学键是由两个或多个元素通过共享或转移电子而建立的化学连接。
化学键的形成涉及到电子云之间的相互作用和空间排布。
依据了解的电子排布而形成的键合被称为共价键，电子从一个原子转移到另一个原子而形成的键称为离子键，而通过金属原子之间传递电子建立的键称为金属键。
1. 共价键共价键是化学键中最常见的类型。
这种化学键是由两个不同元素之间的化学键合形成的。
共价键的形成需要两个原子之间的电子云重叠，这使得每个原子所拥有的电子数增加，成为两个原子之间共享的电子。
共价键的强度和分子之间相对位置有关，因为它与分子的键角度和长度有关。
2. 离子键离子键是由一个相对电负性更强的非金属原子凭借自己剩余的电子而形成的键。
由于更活泼的原子可以吸收一个电子，这使该原子形成带负电的离子，而散失电子的原子则会带上一个正电荷，从而形成带正电荷的离子。
因此，这两个离子之间的静电相互作用就在原子之间建立了一个离子键。
由于离子键的强度主要取决于阳离子和阴离子的电荷，它们之间的距离也会影响离子键的强度。
3. 金属键金属键是由相邻的原子之间通过共享外层电子而形成的键。
由于金属原子中外层电子的共享，使得金属原子之间相对稳定的连接，而金属键的形成也使得整个金属的物理、化学性质大不相同。
金属键的强度主要取决于金属原子内部的电子密度和横向电子排布，这也是金属性的基本特征之一。
二、化学构象化学构象是指在化学反应中产生的化学物质的立体构造和具体结构。
化学构象的形成涉及到分子之间的几何排布和内部各元素之间的相互作用。
化学构象的不同形式会影响化学反应的速率和稳定性。
1. 立体异构立体异构是指分子的化学构象不同于自身对称的情况。
MEMS工艺(12键合与封装)
暴露的表面能够抵抗外部杂质的污染
使封装内部避免潮湿，环境的湿度可以导 致精细的微型光机械元件的粘附
机械接口
机械接口涉及到MEMS中可动部分的设
计问题，需同它们的驱动机构连接起来； 不恰当的处理接口会造成微元器件的故障 和损坏
电机械接口
电的绝缘、接地和屏蔽是这类MEMS微系统的
典型问题。这些问题在低电压级的系统中表 现的更为明显
静电键合中，静电引力起着非常重要的作用。例 如，键合完成样品冷却到室温后，耗尽层中的电 荷不会完全消失，残存的电荷在硅中诱生出镜象 正电荷，它们之间的静电力有1M P a左右。可见 较小的残余电荷仍能产生可观的键合力。 另外，在比较高的温度下，紧密接触的硅/玻璃 界面会发生化学反应，形成牢固的化学键，如 Si-O-Si键等。如果硅接电源负极，则不能形成 键合，这就是“阳极键合”名称的由来。
Si-Si或SiO2-SiO2直接键合的关键是 在硅表面的活化处理、表面光洁度、 平整度以及在工艺过程中的清洁度。
硅硅键合表面
缺点：
Si-Si和SiO2-SiO2直接键合需在高温 （700～1100C）下才能完成，而高温处理 过程难以控制，且不便操作；
因此，能否在较低温度或常温下实现Si-Si 直接键合，就成为人们关注的一项工艺。 这项工艺的关键是，选用何种物质对被键合 的表面进行活化处理。
与主要的信号处理电路封装 ； 需要对电路进行电磁屏蔽、恰当的力和热 隔离； 系统级封装的接口问题主要是安装不同尺 寸的元件
微系统封装中的接口问题
接口问题使得为器件和信号处理电 路以及考虑密封工作介质和电磁场 问题而选择合适的封装材料成为微 系统成功设计中的一个关键问题
生物医学接口 光学接口 机械接口 电机械接口 微流体学接口
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提高温度和提高电压对键合质量的提高的影响却不一样，不同学者的研究结果都表明键合温度对键合质量的影响更大。
1.温度影响（200~450℃）a）在350--360℃之间进行键合时，键合速度和键合引起的应力和变形是最好的折中。
（，525um厚）。
b）温度超过200℃时，在直流电场的作用下钠离子能摆脱玻璃内部晶格的束缚，向阴极移动。
c）膨胀系数:PYREX 7740玻璃在℃左右，硅×10-6/℃左右。
第一个交点20℃左右；第二个相交点在280℃左右；第三个相交点在540℃左右。
在20~280 ℃时，玻璃比硅的膨胀系数大，而在280~540℃时，硅比玻璃的热膨胀系数大一些。
PYREX 7740玻璃2.电压影响（200~1000V）键合电压的上限是玻璃不发生击穿，下限则要保证静电吸引力能够引起键合材料的弹性或塑性变形，使键合界面发生紧密接触，从而产生键合。
3.电极影响a).采用点电极进行键合，键合质量好但速度慢。
键合区域由电极处向外扩展，可以避免键合界面空洞的产生，提高键合质量，但时间较长。
b).板电极进行键合，速度快。
键合界面处容易产生的空洞等缺陷。
4.实例a).10mm*10mm*薄片。
温度：400℃，电压：750V，键合压力：。
b).15 mm×15 mm×400um硅片,15 mm×15 mm×350um pyrex7740#玻璃。
采用平板阴极方式键合，温度：350℃，电压：400V。
c).20mm×20 mm×2mm薄片。
温度：250～450℃，电压为200～750V，压力为0．05～l MPa。
时间5～10min。
d).直径，厚度525um。
温度：350--360℃；电压：200~1000V；压力：3*10-3Kpa~100Kpa。
e)..玻璃环尺寸为外径8 mm，内径6 mm，高2mm。
温度360℃，电压：1 100 V。
国内外主要用Pyrex玻璃及SD-2玻璃作为...Si熔点1410℃2mm PYREX 7740玻璃片BOROFLOAT®33基本参数：肖特耶拿玻璃公司利用微浮法工艺和最新的技术生产而成莫氏硬度：7技术参数：化学成分：密度（25℃）cm2膨胀系数(ISO 7991)´10-6k-1透光率91%软化点820℃短期使用<10h550℃长期使用≧10h450℃折射率（）努氏硬度480机械强度高，绝缘性能优良，介电损耗少，介电常数稳定，热膨胀系数可在很大范围调节，耐化学腐蚀，耐磨，热稳定性好，使用温度高。
微晶玻璃具有比一般玻璃更为优良的特性，主要表现为：1、具有更加稳定的化学性能：抗水合，抗水化能力，抗阳离子交换能力；2、具有更高的机械强度；3、具有更优良的电学性能：介电损耗率最低；4、具有良好的热学性能：热膨胀系数低，热振稳定性能好，高温软化的温度点高。
1阳极键合用微晶玻璃的制备及键合影响因素研究曹欣武汉理工大学2007.本实验中采用的仪器具体参数如下:a、高压电源:采用HBF一202一2AC型高压电源，其电压的控制范围为一2000V到OVb、加热板:采用德国肖特生产的SLK一2T型加热板，其温度控制范围为0一500℃。
c、电极:本实验中选用板电极，材质为石墨。
d、超声波清洗机:采用KQ一100KD型数控高功率超声波清洗机。
微晶玻璃有一定的击穿电压，而所选择的微晶玻璃片的击穿电压比较低，在加载电压为SOOV的时候，就已经有击穿现象发生。
玻璃在常温下是一种绝缘体，并不导电，但是如果将玻璃放置于一个强电场中(两端施加电压高于500v)，并且给玻璃加热(使其表面温度高于200℃)，玻璃中间的碱金属离子(Na+，K+)就会具有很强的移动性，并向阴极迁移，然后聚集在玻璃一硅表面，玻璃的下表面呈负电性。
现在多选用Pyrex玻璃，其原因有二:(l)该种玻璃中含有足够的碱金属离子，能够保证键合过程的顺利完成;(2)此种玻璃的热膨胀系数在33xl0-7/℃左右，（石英玻璃=’7/℃(o一400℃)）与硅的热膨胀系数×10^(－6)／℃×10^(－6)／℃(材料教材)相近，这使两者之间在键合时产生的热应力比较小，能够达到比较好的键合效果硅片与微晶玻璃的键合与传统的玻璃相比，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，能适应恶劣的使用环境;电绝缘性能优良，介电损耗小，介电常数稳定等优点。
另外微晶玻璃的热膨胀系数可调整范围大，可以适合与很多材料的键合。
目前已经有日本学者成功实现了Li20一A12O3一5102型微晶玻璃与硅片的键合[28]玻璃与金属的键合在MEMS系统中所应用的基片材料很多为金属，所以用金属与玻璃进行键合也成为研究的热点之一。
现在国外已经有学者成功地运用硼硅酸盐玻璃与可伐(kover)铁镍钻合金在键合温度 613K，键合电压500v下进行了键合[29]。
但是并没有见到玻璃与其他金属(如玻璃与不锈钢)之间成功键合现在也有学者考虑用微晶玻璃代替传统的玻璃与硅片[30，31和金属[3z]进行键合。
1、提高键合温度及电压但是提高温度和提高电压对键合质量的提高的影响却不一样，不同学者的研究结果都表明键合温度对键合质量的影响更大，有时仅需把键合温度提高30℃，其键合强度就会相差一倍左右[32]。
但是键合温度的提高不仅会增加基片材料的变形程度，不利于大规模的生产和应用，也会使键合后基片材料间的热应力增加，并且会增加键合过程中的能耗，增加键合成本。
因此在降低键合温度的同时提高键合强度就成为了现在研究的又一热点问题。
2表面处理(i)控制两基片材料表面的粗糙程度，选取相应的精密磨片仪器即可完成(ii)对基片材料表面进行清洗，使其表面具有亲水性，则其界面的电化学反应更易于发生，从而达到提高键合强度的作用。
例如将基片材料置于120℃时放入表面活性H2504:HZOZ=10:l的溶液中巧min，然后用去离子水清洗后用N:烘干，其键合面积将达到总面积的95%以上，并且键合时间大大缩短，键合强度得到提高[33]3、合理选用电极传统的阳极键合电极一般选用点电极和板电极。
如果采用点电极进行键合，键合区域由电极处向外扩展，可以避免键合界面空洞的产生，提高键合质量，但时间较长。
如果运用板电极进行键合由于其表面的起伏不平导致其基片材料各部分的键合质量会现较大不同。
因此如果能合理的选用电极对提高键合质量、缩短键合时间是十分有利的。
现在国内外也有不少学者对此方面展开研究。
例如就有吴登峰等[34]提出采用线阴极能够提高键合的速度，并且键合样品中也没有看到明显的空洞。
与此同时，Jung一TangHuang等也提出将点电极进行螺旋型的排列将大大提高样品的键合质量[35〕。
键合强度评价方法选择合适的键合电压击穿电压还于其表面积有一定的关系。
不同的微晶玻璃系统，会有不同的击穿电压，所以应该找到适合于本系统微晶玻璃的键合电压，然后进行键合实验。
提高键合温度能够使粒子的活性加大，有助于在提高在键合过程中的粒子交换程度，提高两者的键合质量，有文献表明，在温度相差10℃时，其键合强度有可能相差3倍左右。
在常温下的键合实现中，温度是一个存在很大的问题。
其一:往往在上下两个基片之间就会有20一30℃的温差，使得基片受热不均。
当其受热不均时，两者会因为处于不同的温度段而使得热膨胀系数不相匹配，影响两者的键合效果。
其二:现使用的实验设备的最高加热温度最高只有400℃左右，并且还受外界的影响较大，难以实现在一个较长的时间段内保持一个比较稳定的温度。
目前的实验表明，加载在微晶玻璃样品上的电压不能够太大，否则微晶玻璃样品会被击穿。
这时温度的影响将变的尤其重要。
可以设想，如果基片能够在较高的温度下进行键合，其也就能够在使用低于击穿电压的情况下达到良好的效果。
适当改变键合时所采用电极的形状采用的是石墨材质的板电极。
板电极的键合速度较慢，但是键合的质量会比较高改善键合样品的表面的状态表面就必须要干净与平整。
可以在键合时在基片上加载一个比较大的机械荷载，以帮助其接触。
改善样品的键合环境[4]张生才,赵毅强,刘艳艳.半导体高温压力传感器的静电键合技术[J].传感技术学报.2002,(2):150-151.铜电极（板）玻璃接电源负极,硅片接电源正极.并加温等待电流稳定.这个过程中,透过玻璃表面,能看到空气隙中常出现的牛顿环逐渐消失.当硅-玻璃界面变成同体硅一样的灰黑色,说明键合完成.而在给玻璃加热(键合时温度在370~420℃),加高直流电压(键合时直流电压控制在1 000~1 500 V)时,玻璃中的正离子(如钠、钾、钙离子)就会在强电场的作用下向负极运动,同时玻璃中的偶极子在强电场作用下,产生极化取向(如图3).在界面形成电子的积聚过程中,玻璃也显现导电性.即使在玻璃熔融的高温下(高于500℃),Si-O键也不会被破坏,因此静电封接用于多晶硅高温压力传感器的芯片封接是完全可行的.可见在键合中电压越高,耗尽区越窄,键合强度越大.多晶硅高温压力传感器芯片的静电封接实验.选取芯片封接面积约为23 mm2,玻璃环尺寸为外径8 mm,内径6 mm,高2mm.玻璃环经精抛,光洁度达到50 nm.选取外加电压1 100 V,加热温度360℃下进行静电封接,成品率已经达到95%以上.一般在2 min之后.随后,由于界面处Si-O键的形成,耗尽区的电压降逐步加大,使键合电流逐渐下降,并最终趋于一稳定值采用线阴极的快速阳极键合方法吴登峰1,邬玉亭1,褚家如1,张淑珍2采用厚400μm电阻率为8~12Ω·cm的P型(100)硅片,厚350μm的pyrex7740#玻璃。
另外通过在一块pyrex7740#玻璃上镀了一层蒸发铝,然后用掩模、光刻、显影等工艺,制作出覆盖铝膜十字电极。
样品1(15 mm×15 mm)采用平板阴极方式键合,温度约350℃,键合电压为400V。
键合1080s 后,电路中的电流下降为μA结束键合。
观察发现,在键合界面出现空气孔洞样品2采用点阴极方式键合,键合时的峰值电流为400μA,峰值电流在35s后下降为100μA,以后逐渐衰减,630s时的电流为15μA,键合区在630s时扩展到整个样品。
样品3采用十字线阴极方式键合,键合时的峰值电流为10mA,5s后衰减为4mA,84s后键合区扩展到整个样品,键合电流随之大幅度下降,从50s到80s仅30s时间内,从电路电流 mA衰减到130μA平板阴极键合方式,由于硅片、玻璃键表面存在凸凹不平,键合时会在键合界面处容易产生的空洞等缺陷。
点阴极键合方式,键合质量好但速度慢。
线阴极键合方式,继承了点阴极键合方式的键合区逐渐扩展的优点,速度快而且没有空洞。