【摘 要】
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硅（Si）和碳化硅（SiC）键合技术在微机电系统的封装和三维集成封装等领域有着重要的应用。然而,当下的键合方法仍然存在着高温、高成本和工艺复杂等缺点。因此,寻找一种简易的低温键合方法是目前亟需解决的问题。本课题提出了一种基于石墨烯复合浆料为中间层的低温Si-SiC和Si-Si键合方法。首先,研究了烧结温度对石墨烯复合浆料表面形貌,电阻率以及热导率的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,石墨烯复合浆料
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硅（Si）和碳化硅（SiC）键合技术在微机电系统的封装和三维集成封装等领域有着重要的应用。然而,当下的键合方法仍然存在着高温、高成本和工艺复杂等缺点。因此,寻找一种简易的低温键合方法是目前亟需解决的问题。本课题提出了一种基于石墨烯复合浆料为中间层的低温Si-SiC和Si-Si键合方法。首先,研究了烧结温度对石墨烯复合浆料表面形貌,电阻率以及热导率的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,石墨烯复合浆料结合的更加致密,从而增强了浆料薄膜的导电性能和导热性能,当烧结温度提高到200℃,石墨烯复合浆料的电阻率降低为0.05Ω.m,导热率增加为118 W/m.K,大于SiC的导热率（83.6 W/m.K）。接着,在600 N和200℃条件下实现了Si-SiC和Si-Si键合,其键合强度分别为～3.4 MPa和～4.5 MPa。为了进一步提升键合质量,利用氩（Ar）等离子体对键合前的Si和SiC表面进行处理,提高表面的洁净度和亲水性。同时,研究了Ar等离子体处理样品表面的不同放电功率（0 W,30 W,50 W,70 W）对表面粗糙度和键合质量的影响。随着放电功率的增加,Si和SiC的均方根（RMS）表面粗糙度明显增加,键合质量也得到很大改善。在70 W放电功率下,Si和SiC的RMS表面粗糙度值分别为3.22 nm和1.67 nm,Si-SiC和Si-Si的键合强度分别为～7.8 MPa和～11.1 MPa。250℃真空炉中退火后,Si-SiC和Si-Si键合强度分别被提升至～11 MPa和～14.9MPa。通过对界面的SEM分析发现,采用该工艺键合的Si-SiC和Si-Si都可以获得无缝键合界面。最后,基于实验结果,分析了石墨烯复合浆料和Si及SiC键合的机理。
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