基于超声能场的高效低温阳极键合机理及调控方法研究

Efficient and low temperature anodic bonding technology has important research significance and applied value on the MEMS assembly and packaging field. Wet-chemistry and plasma activated interface are the important way for the efficient and low temperature bonding. However, it is not meet the demands of current MEMS packaging technology for its complex activation process and poor controllability. This project research the principle of anodic bonding from multi-energy fields and coupling effect of bonding interface for the current problems. According to the characteristics of ultrasonic energy, the effect rule of bonding interface performance to anodic bonding will be studied, and, the compound anodic bonding method is proposed based on ultrasonic energy filed. Coupling theory of ultrasonic and Heterogeneous interface, as well as the effect of ultrasonic parameter to bonding parameter, the relation model of composite bonding parameter to bonding quality, are the key points of this project research. The key factor affecting bonding quality and adjusting method will be acquired. Consequently, this project would provide the foundational process support for the developing MEMS technology.

高效低温阳极键合技术在MEMS器件组装与封装等领域具有重要研究意义和应用价值。采用湿化学和等离子分步活化界面是实现高效低温键合的重要途径之一，但存在活化工艺复杂和可控性差等问题，不能适应当前MEMS技术快速发展的需求。针对当前问题，本课题从多能场和键合界面性能耦合影响的角度出发，研究阳极键合原理，分析键合界面性能对阳极键合的影响规律，结合超声能量的特点，提出基于超声能场的复合阳极键合方法。重点研究阳极键合过程中超声与异质界面反应的耦合机理、超声参数对键合参数的影响以及复合键合参数与键合质量之间的关系模型，得到影响键合质量的关键因素及其调控方法，实现高效低温阳极键合，为MEMS技术的发展提供基础工艺技术支持。

高效低温阳极键合技术在MEMS器件组装与封装等领域具有重要研究意义和应用价值。采用湿化学和等离子分步活化界面是实现高效低温键合的重要途径之一，但存在活化工艺复杂和可控性差等问题，不能适应当前MEMS技术快速发展的需求。针对当前问题，本课题从多能场和键合界面性能耦合影响的角度出发，研究了阳极键合原理，分析了键合界面性能对阳极键合的影响规律，结合超声能量的特点，提出了基于超声能场的复合阳极键合方法，实现了高效低温阳极键合。首先分析了电场、温度场、压力等多能场相互耦合作用下互连界面对多形态键合能的响应及微结构形成机制，建立了多能场与键合质量之间的关系模型，研究了各键合能对键合界面化学键的影响，从理论上分析利用超声实现低温阳极键合的方法和途径。 然后，研究了在不施加其它能场而只施加超声时异质界面间的耦合作用机理，分析了界面性能的变化规律，建立了超声参数与界面性能之间的关系模型，得到了超声作用的最优参数。研究了多能场同时作用时的异质界面对阳极键合过程及其键合质量的影响规律，分析了超声参数对传统键合参数的影响，建立了基于超声能场的复合阳极键合参数与键合质量之间的关系模型，分析了影响键合质量的关键因素，研究了多能场协同调控机制，获得了优化工艺参数。最后，针对典型MEMS器件应用需求，建立了基于超声能场的复合阳极键合实验研究平台。根据复合阳极键合参数与键合质量之间的关系模型和工艺优化方案，开展了阳极键合实验研究，验证了基于超声能场的复合阳极键合效果，提出了提高键合质量和效率的工艺方法。