學位論文
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Item 常壓電漿應用於多層玻璃之陽極接合技術開發(2012) 詹金龍; Chan, jin-long陽極接合技術主要是藉由電場與溫度的輔助下，形成共價鍵結而達到玻璃-矽晶圓、玻璃-玻璃基板接合之目的。由於陽極接合易於達到氣密性接合，並具有低溫、無介質、製程簡易等優勢，故已廣泛應用於微機電系統之封裝。在以往陽極接合技術中，多數研究僅只有兩層接合並應用於元件製作開發，而為了提升產品之性能及附加價值，勢必發展多層之接合技術。因此，本研究將配合常壓電漿基板表面處理技術，以進行多層玻璃(> 3 layers)陽極接合技術的研究。 根據研究結果顯示，本研究利用常壓電漿系統，使用壓縮空氣CDA作為主要製程氣體，於soda lime玻璃試片表面進行前處理，試片面積大小均為1 cm X 1 cm，唯陽極接合用之底層玻璃，其面積大小採用2 cm X 2 cm。在間距為5 mm與時間為30秒之處理條件下，使得試片表面接觸角<3 ∘，具有超親水特性(<10 ∘)，其時效性可長達八小時。藉此特性能降低接合界面之氣隙排出阻力，在間距範圍5-25 mm與時間固定為30秒之常壓電漿處理條件，以及固定接合電壓為2.5 kV、溫度200 ℃及時間1分鐘之接合條件下，氣隙排出阻力小而能有較佳之接合品質與速度，接合率均落於26.49±3 %，相較於未處理之試片僅只有7.98 %，接合率之差距至少三倍以上。 選擇常壓電漿處理時間的原則，主要依親水鍵結接枝於試片表面之穩定程度，並於後續進行陽極接合製程，其接合條件為電壓2.5 kV、溫度200 ℃及時間1分鐘。在處理時間與接合率關係圖中，得知處理時間範圍在5-30秒為線性區，其斜率值約為0.65 %/sec，處理時間範圍在30-90秒為飽和區，其斜率值約為0.08 %/sec，接合率平均在27.53 %。在處理時間90秒時，可達到30.91 %之接合率。 在100 %的面積接合實驗中，經常壓電漿處理之試片，在固定接合電壓為2.5 kV與溫度200 ℃之接合條件下，氣隙排出阻力小而較不易產生牛頓環，能完整接合得到73.3 N之剪力破壞，比起未處理之試片需克服阻力問題，可能於微觀世界中存有氣隙，使接合屬於暫時性或並非完全接合，得到43.1 N之剪力破壞，故常壓電漿對於陽極接合具有一定之重要性。 利用接合電壓2.5 kV、接合溫度200 ℃以及時間為5分鐘之接合條件，分別完成常壓電漿處理與否之三層玻璃結構的陽極接合，未經常壓電漿處理之上下層接合界面可分別得到30.3 N與56.0 N之剪力破壞，而經由常壓電漿處理可分別得到37.8 N與87.4 N之剪力破壞，表示處理對於接合力提升之必要性，接合力又因層數而有所遞減，最大之接合力主要於下層界面，亦即最大電場發生之處。 最後，依研究所提出之多層玻璃接合的方法，改善以往僅受限於三層接合或需分次接合才能達到多層結構的缺點，利用接合電壓2.5 kV、接合溫度200 ℃以及時間為10分鐘之接合條件，可於單次迅速順利進行二至七層結構之玻璃接合。Item 常壓電漿輔助之陽極接合技術開發與應用(2013) 黃哲翊; Che-Yi Huang雖然傳統陽極接合(anodic bonding)技術與其他接合技術相比，具有無介質、氣密性接合與製程簡易等優勢，也已廣泛運用於微機電系統(micro-electro-mechanical system, MEMS)之封裝，但卻因為加溫機制需從底部全面性加溫，除了升溫與降溫的耗時外，亦容易在升、降溫時，讓晶片受到熱效應的影響，使接合晶片上之微結構造成破壞。因此，本研究開發出創新性常壓電漿陽極接合(atmospheric pressure plasma anodic bonding, APPAB)之技術，利用電漿具有局部快速升溫與快速降溫的特性，可以大幅降低製程時間以提高效率外，還可減少試片受到熱效應的影響。另外，APPAB技術是利用常壓電漿系統的噴頭作為上電極，而此噴頭可架於具z軸移動功能之載架，且可將接合試片放置於x-y移動平台上，故在進行接合試驗時，可以自由調整上電極高度與移動接合試片，以達到局部性接合與區域性圖案化接合之目的，增加APPAB技術之應用性與彈性度。 本研究進行borofloat玻璃試片與矽晶片之接合試驗，尋求最佳接合參數，其試片之面積尺寸皆為2 cm × 2 cm。經實驗結果顯示，最佳APPAB接合參數為N2製程氣體、3 mm接合間距與2 kV接合電壓，其中試片在進行接合時，可局部性使試片於一分鐘內升溫至約420度，更可在一分鐘內使試片降至室溫約27度，升降溫速率約為62度每秒。本研究也利用最佳參數進行四吋晶片接合試驗，分別以固定式APPAB、移動式APPAB與傳統固定單點電極式陽極接合三種不同方式，來進行接合時間與接合強度之比較，其中移動式APPAB僅需14分7 秒即可將試片完全接合，且平均接合力可達37.64 MPa，與傳統式陽極接合相比，接合時間不僅快了約11倍，其平均接合力也大了1.7倍左右。此外，移動式APPAB在進行陽極接合試驗時，其電流值大約都能維持在0.8 mA左右，不會像固定式APPAB與單點電極式陽極接合之電流值，會隨著接合時間增加而遞減趨近於零，故移動式APPAB的接合品質也會比另外兩種方式來得優良。 本研究除了開發常壓電漿陽極接合技術外，為了提升本技術之應用性，除了玻璃-矽晶片之接合，還進行玻璃與玻璃鍍鋁基板、玻璃與矽鍍鎳基板及玻璃與陽極氧化鋁(anodic alumina oxide, AAO)鍍鋁基板之接合。除此之外，還利用APPAB技術結合陽極氧化鋁與熱電材料，以電化學沉積的方式，分別將p-type Sb2Te3與n-type Bi2Te3之熱電材料，沉積於AAO孔洞中，其沉積速率分別為3.5 um/hr與11 um/hr。本研究所製作之奈米熱電結構(nano structure)，將可應用於微型熱電致冷晶片(micro thermoelectric cooler, uTEC)之開發，提升相關熱電元件的性能。