[发明专利]基于阳离子导电玻璃的表面原位金属化方法

说明书

本发明公开了一种温度场‑电场复合作用下的基于阳离子导电玻璃内阳离子迁移、反应和原位生长的表面金属化方法。该方法为：将阳离子导电玻璃与金属箔对接置于真空炉内正负电极之间，施加一定的轴向压力并加热，玻璃内阳离子在高温下受激活发生电离，加载直流电场，阳离子形成定向迁移输运，并于玻璃负极侧表面富集，与自由电荷中和发生氧化还原反应生成单质，继而在表面微纳结构中原位生长形成金属层，并与对接金属箔发生扩散或共晶反应，避免金属层与电极接触并增加金属化厚度。采用本发明的优势在于，金属层紧密贴合玻璃表面生长，连接强度高，金属层熔化后对玻璃表面的铺展和润湿性能极佳，显著提升玻璃的焊接和封装性能。

技术领域

本发明涉及玻璃在钎焊或共晶键合前的表面金属化技术，具体为一种温度场-直流电场复合作用下的阳离子导电玻璃的表面原位金属化方法。

背景技术

玻璃与金属（半导体）材料的连接，广泛用于集成电路制造，多功能芯片集成以及MEMS传感器、微流控芯片和半导体芯片的封装领域。随着封装技术朝高功率、高集成度和3D垂直互连的方向发展，对玻璃与金属或半导体材料键合技术的极限尺寸、集成度、散热性和可靠性提出了日趋严苛的高综合性能需求。

常用的玻璃与异质材料键合方法有阳极键合、直接键合和共晶键合。阳极键合的待连接基体之一必须是具备O^2-导电或非桥氧迁移能力的玻璃，其原理是将硅片与玻璃接在高压电极两极上，在高温（400℃~500℃）、高电压（800V~1500V）和压力条件下，使迁移O^2-或非桥氧于界面处发生化学反应，形成Si-O-Si或O-M（M=Mg、Al、Cu和Ni）等新的化学键，从而实现玻璃与硅或金属的键合。

相比其他键合技术，阳极键合具有工艺简单、结合强度高和密封性良好等优点，但高温、高电压以及键合区域较差的导电散热性能是该技术面临的主要问题。直接键合一般只限于硅晶片之间的连接，其原理是将两片表面光滑的硅片经过预处理后在一定温度和压力下连接，并经过800℃以上的高温退火最终实现键合。一般要求硅片的待键合表面粗糙度低于10nm，平行度小于3μm，表面翘曲低于25μm，由于键合对表面粗糙度（低于10nm）和退火温度（800℃以上）要求甚高，导致键合封装成本高，且高温造成键合件间产生较大的残余应力。共晶键合是采用金属作为过渡层，通过共晶反应形成金属间化合物，从而实现晶片间键合的一种间接键合技术。键合工艺具有温度低、受表面粗糙度影响小、散热性良好、可形成晶片间欧姆接触等优势，但仍存在共晶液相对基体的润湿性较差，表面涂镀工艺复杂，多镀层结构还会导致晶片间距过大，反应生成的金属间化合物种类及分布难以控制等问题。依据各键合方式特点，玻璃与半导体或金属材料的键合技术分为无中间介层包括阳极键合和直接键合以及有中间介层及共晶键合两种。无中间介层键合通常需要较高的键合温度（阳极键合400℃以上，直接键合800℃以上），且键合区域的导电导热性差，难以适应大功率和高集成度器件的封装要求。因此，在有中间介层即共晶键合基础上进行技术改进，是实现高综合性能封装的重要方式。

有鉴于此，针对共晶键合存在的中间介层对基体的润湿性较差，表面涂镀工艺复杂，晶片间距大，反应生成的金属间化合物种类及分布难以控制等问题，本发明基于阳离子导电玻璃在一定温度（低于200℃）和电压（低于300V）条件下具备的阳离子迁移和物质输运特性，将阳离子于玻璃表面导出并与自由电子中和形成金属单质，且单质层紧贴表面原位生长，实现阳离子导电玻璃表面的原位金属化。

发明内容

本发明目的是提出一种阳离子导电玻璃表面原位金属化方法，提升阳离子导电玻璃表面金属层与基体的连接强度，以及熔化后对基体的铺展和润湿效果，且无需对阳离子导电玻璃表面进行涂镀、溅射或离子注入即可实现其表面金属化，可用于阳离子导电玻璃的钎焊与共晶键合领域。

为实现阳离子导电玻璃表面原位金属化，本发明采用的技术方案如下：

一种基于阳离子导电玻璃的表面原位金属化方法，包括如下步骤：

S1、制备含有银的卤化物、硫化物，或含有铜的氧化物、卤化物的阳离子导电玻璃，并制作试片；