静电建合用玻璃的发展

硅-玻璃间的静电键合技术始于1986年Pomerantz所作的开创性工作。1968年，Pomerantz发现金属与玻璃能在比热键合低得多的温度下通过静电作用而牢固键合，并提出将硅与石英通过静电力结合起来的构想。由于硅与石英的热膨胀系数相差较大，以及石英在键合条件下不良的导电性，因而未获得实际上的成功键合。继此之后的几十年，人们围绕着如何获得优异键合性能的元器件而进行了广泛的研究，用于键合的玻璃是研究开发的重点之一。研究体系包括熔融石英玻璃、Na₂O-CaO-SiO₂玻璃、K₂O-CaO-PbO玻璃、铝酸盐玻璃和硅酸盐玻璃（如Pyrex玻璃）。研究重点在于硅-玻璃的牢固键合以及硅-玻璃在宽的温度范围的热、力学性能的相匹配等方面。在众多的玻璃体系中，与硅的热学性能及力学性能相匹配并能满足封装工艺要求的玻璃主要是含少量碱金属离子的硼硅酸盐玻璃，国外将该种玻璃用于与硅片的封接已获得满意的结果。而目前国内的同类型玻璃主要存在于硅的热、力学性能不匹配的问题，不能满足电子行业的需求。不论是国外的玻璃还是国内的玻璃，都存在室温电阻率高的问题，这决定了必须采用较高的封装温度和电压长能实现封装所要求的牢固化学键合。而且因封装温度高，产生的热应力也大。为了克服硅-玻璃封装中存在的问题，国外有人提出微晶玻璃代替玻璃的科学构想，并经试验表明，采用微晶玻璃有许多优越性：

①微晶玻璃的各项性能特别是与键合工艺密切相关的热膨胀系数的可调性比Pyrex玻璃与95玻璃宽。也就是说用微晶玻璃与硅进行键合时，两者的热膨胀匹配性更容易实现，可以在一个很宽的组成范围，通过控制具有低膨胀甚至是负膨胀的微晶与具有正膨胀的玻璃相的含量，将微晶玻璃的热膨胀系数调整到与硅基片相匹配。

②使用微晶玻璃时对键合条件的要求要比Pyrex玻璃与95玻璃低很多。用Pyrex玻璃与95玻璃与硅片进行静电键合时温度高达450~500℃，直流电压要求1100V；而用微晶玻璃时，由于微晶玻璃的室温电阻率低，可以在温度低于180℃、施加500V左右直流电压的情况下顺利完成键合。另外，由于键合温度比较低，在键合结束之后产生的热应力也小，从而可防止结合片开裂、器件破坏及灵敏度受热应力影响等一系列问题。