[发明专利]一种超声辅助阳极键合方法及其超声辅助阳极键合系统

说明书

本发明公开了一种超声辅助阳极键合方法及其超声辅助阳极键合系统。该键合方法包括：在器件的封装位置上安装中间层，并在中间层的两端分别布置两个电解层，以将器件密封；将直流电源的正极接到中间层上，并将直流电源的负极接到两个电解层上；向压力杆施加预设压力，使超声波焊头抵压在电解层上；启动超声波电源，使超声波焊头作用在电解层上，以使电解层与中间层达到超声连接；关闭超声波电源，并启动直流电源以输出一个预设电压作用于中间层与电解层，使中间层和电解层实现阳极键合。本发明将两种键合工艺相结合能够充分加强键合位置的键合强度，进而提高封装结构的密封性能和键合率，并且提高键合的稳定性和可靠性，延长器件的使用寿命。

技术领域

本发明涉及器件键合技术领域的一种键合方法，尤其涉及一种用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合方法，还涉及应用该方法的用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合系统。

背景技术

器件的封装是器件设计与制备中的一个关键环节，决定着器件的稳定性和使用寿命。阳极键合也称静电键合，作为MEMS制造中一种重要的封装技术，是一种利用静电场和温度场的偶合作用，在固体电解质材料与金属的连接界面产生强静电吸附力，通过电解质中碱金属离子的离解和迁移，从而实现界面固态反应连接的一种可靠的清洁型微电子机械封装工艺，其优点是连接温度低、速度快、工艺简单、键合强度高、密封性好，而且可以保证材料的某些性能如光学平面等不受破坏。目前硼硅玻璃与硅的键合工艺已经广泛应用于MEMS器件的生产。

聚合物固体材料是封装柔性微电子器件最理想的封装材料。目前柔性微电子器件封装的材料较多采用聚氧乙烯(PEO)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。其中，聚氧乙烯(PEO)是与碱金属盐络合能力最好、研究最早、应用最广泛的聚合物电解质本体材料。聚氧乙烯作为封装材料应用于阳极键合，其材料本身存在的不足主要有三点：第一，PEO具有极高的结晶度，使得PEO基聚合物电解质常温下离子电导率普遍不高，一般在10^-7～10^-8S/cm；第二，采用现有阳极键合技术进行封装，在强电场作用的下，长时间作用，温度升高，高温下会破坏聚合物材料的稳定性，如高温下聚合物材料软化很容易被压溃，导致聚合物材料击穿；反之，键合电压过低，键合时间过短，离子迁移数较少，容易导致键合强度不足等问题；第三，当聚合物表面粗糙度未达到一定的要求(≥1.5μm)时，键合率和密封性也较低。研究表明，表面不平使得键合面处同时存在着接触部分和未接触部分。接触部分在电场的作用下，形成极化区，最终焊合。然而，未接触部分在电场作用下，电位分布随着缝隙宽度的增加而降低，同时静电引力也随之降低，这使得焊接过程受到抑制而难以焊合，密封性差。

发明内容

为解决现有的键合方法存在键合强度不足，密封性差，键合率低的技术问题，本发明提供一种超声辅助阳极键合方法及其超声辅助阳极键合系统。

本发明采用以下技术方案实现：一种用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合方法，其通过一个超声辅助阳极键合装置对器件进行键合；所述超声辅助阳极键合装置包括封装结构、加压结构以及电源组件；所述封装结构包括中间层和两个电解层；中间层布置在器件的封装位置上，且两端均为开口端；两个电解层分别盖在中间层的两端上，并与中间层围成一个封装腔，器件布置在封装腔中；所述加压结构包括压力杆、压板以及至少两个超声波焊头；超声波焊头固定在压板的一个侧面上，且远离压板的一端贴在其中一个电解层的外壁上；压力杆的一端固定在压板的另一个侧面上；所述电源组件包括超声波电源和直流电源；超声波电源用于向压力杆输出振动超声波，使超声波焊头作用在电解层上，以使电解层与中间层达到超声连接；直流电源的正极与中间层电性连接，负极与两个电解层电性连接；

所述超声辅助阳极键合方法包括以下步骤：

一、在器件的封装位置上安装中间层，并在中间层的两端分别布置两个电解层，以将器件密封；

二、将直流电源的正极接到中间层上，并将直流电源的负极接到两个电解层上；