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【哈尔滨工业大学】多功能静电键合仪

  【多功能静电键合仪】

  静电键合又称阳极键合、场助键合。它是近年来高速发展的微机械电子系统(Micro-electromechanical Systems,MEMS)领域的关键技术,被广泛应用于硅-玻璃基压力传感器、加速度传感器,以及微泵、阀等MEMS微结构的键合封装。静电键合是将硅片与含可动正电荷的玻璃片(如含Na2O的Pyrex玻璃)紧密接触,加热至350~420℃时,施加800~1200V高压,硅接阳极,玻璃接阴极,玻璃中的Na+向负极方向漂移,在与硅接触的玻璃面形成带负电O-的耗尽层,硅带正电荷,硅/玻璃界面发生电化学反应,形成Si-O-键,牢固地封接。现有的静电键合设备多是用于实际生产的专用设备, 体积大、价格高,不适合在实验教学中使用。

  多功能静电键合仪是哈尔滨工业大学在相关科研成果基础之上自行设计、制造的实验教学设备。具有直观性好、可操作性强、结构小巧紧凑,性价比高等特点。主要由键合台、加热控温系统、高压源、电极构成。

  键合台,采取开放式结构,最大可放置3吋圆片。当键合阴极使用点电极时,可以透过键合玻璃直接观察硅/玻璃界面的键合过程,键合台底盘以千分尺为x、y向平移导轨,台面x、y向最大可调节行程分别为2cm,精度达0.1mm,若安装显微镜,能实现对版键合。

  加热控温系统,采用铝合金电加热板为样品加热,一方面加热功率高、可靠性好,另一方面可以直接作为键合阳极板,加热板与底盘之间的隔热采取隔空安装方法实现;使用高精度PID控温仪对键合台面控温:(室温~450)±1℃可调。AD 220V输入。

  高压电源,有两种,一种是内置式,为安全考虑设计了过载保护电路,采用了负压源, CD输出:0~-1300V可调,精度1%,电流0~2mA;另一种外购源,CD输出:0~1500V可调,精度1%,电流0~20mA;输入均为:AD 220V

  电极:配置点电极与面电极,有电极夹持机构,便于更换电极,电极高度可调,最大行程4cm。

  本设备适用范围广泛,即可以作为高校实验教学仪器,又可以作为MEMS领域科研院所的实验设备,也可以作为小型生产企业的键合加工设备。

  1、 作为高校实验教学仪器,主要是面向电子信息科学与技术专业、微机电系统工程专业等,为 “微电子机械系统基础”、“微机械加工技术”等课程实验服务,可开出4学时综合型“硅/玻璃静电键合”实验。有配套的实验指导书。学生通过本实验学习能加深对MEMS关键技术—静电键合机理的理解,掌握静电键合工艺方法及其关键参数,了解影响键合效果的主要因素。

  2、 作为实验研究设备,可以进行硅(或金属Al等材料)与玻璃静电键合、热键合的实验研究。若在键合台上安装显微摄像等装置,可以进一步开展静电键合、热键合机理研究。还可以进行MEMS微结构键合封装实验。

  3、 作为键合加工设备,采用面电极可进行最大3吋硅/玻璃圆片的静电键合加工。若在键合台上安装显微镜,用点电极可以进行硅压力传感器、加速度传感器芯片的对版键合封装。

  作品名称:多功能静电键合仪

  完成单位:哈尔滨工业大学