《玻璃漿料鍵合的複合調控機制研究》是依託廈門大學，由劉益芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：玻璃漿料鍵合的複合調控機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉益芳
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
玻璃漿料鍵合具有氣密性好、工藝成功率高和與金屬引線兼容等優點，是MEMS器件封裝技術中最具有發展前景的方法之一。本項目針對微陀螺儀和微壓力感測器等對封裝可靠性和穩定性的要求，從結構特性、工藝機理、鍵合性能等方面圍繞“玻璃漿料鍵合的複合調控機制”科學問題開展研究。揭示微複合鍵合結構對殘餘熱應力的調控規律，最佳化微複合鍵合結構；剖析相變過程中微納孔洞的產生機制，建立關鍵工藝參數對微納孔洞的影響模型，探索微納孔洞的抑制策略；建立微米級對準精度的絲網印刷實驗平台，實現熱應力調控、殘餘漿料科學處理、鍵合間隙精確可控以及漏率可控的玻璃漿料鍵合技術，為MEMS產品的氣密性封裝提供理論基礎和技術源泉，提升我國微納系統的性能。
結題摘要
玻璃漿料鍵合是以低熔點玻璃作為鍵合中間層的MEMS圓片級氣密封裝技術。該技術有鍵合溫度低、鍵合界面引線容易、適用範圍廣等優點，但存在殘餘應力集中、鍵合間隙不可控、因玻璃漿料擴展導致敏感結構污染與孔洞的生成等問題。針對以上問題，課題從鍵合結構設計、封裝熱應力分析、關鍵工藝的研究與鍵合性能表征等方面開展了以下工作：（1）設計了雙凹凼凸台結構，解決了鍵合間隙厚度不可控與玻璃漿料易污染敏感結構的問題。（2）對玻璃漿料鍵合封裝熱應力進行了仿真分析。總結了鍵合後玻璃漿料密封環中熱應力的分布規律。研究了玻璃漿料熱膨脹係數、線寬、厚度以及封裝結構對玻璃漿料密封環中熱應力的影響。（3）考察了絲網版線寬與絲網版膠膜厚度對玻璃漿料厚度的影響。其中，通過調整絲網版膠膜厚度可以控制玻璃漿料厚度。採用線寬為300μm、膠膜厚度為60μm的絲網版，以15mm/s的印刷速度印刷出的玻璃漿料密封環燒結後厚度為21μm，為熱壓鍵合工藝的進行奠定基礎。（4）研究了燒結溫度、保溫時間與燒結氣氛對燒結後玻璃漿料表面形貌與氣泡（孔洞）生成的影響。總結出一套有效的三段式排泡工藝：450℃空氣燒結30min，450℃真空燒結30min，500℃空氣中回流60min。（5）研究了預燒結工藝、鍵合溫度、鍵合壓力、保溫時間對玻璃漿料鍵合的影響。得到了最佳化的玻璃漿料鍵合工藝參數：預燒結採用三段式排泡工藝；鍵合溫度為450℃；鍵合壓力為15atm；保溫時間為60min。（6）採用直拉法對玻璃漿料鍵合樣品強度進行了表征，鍵合拉伸強度達到18.09MPa。採用氦氣檢漏法對玻璃漿料鍵合封裝腔體漏率進行了表征，封裝腔體漏率小於5×10-8 atm cc/s，達到了美國軍方標準。 課題實現了熱應力調控、殘餘漿料科學處理、鍵合間隙精確可控以及漏率可控的玻璃漿料鍵合技術，為MEMS產品的氣密性封裝提供理論基礎和技術源泉，提升我國微納系統的性能。
