靜電建合用玻璃的發展

硅-玻璃間的靜電鍵合技術始于1986年Pomerantz所作的開創性工作。1968年，Pomerantz發現金屬與玻璃能在比熱鍵合低得多的溫度下通過靜電作用而牢固鍵合，并提出將硅與石英通過靜電力結合起來的構想。由于硅與石英的熱膨脹系數相差較大，以及石英在鍵合條件下不良的導電性，因而未獲得實際上的成功鍵合。繼此之后的幾十年，人們圍繞著如何獲得優異鍵合性能的元器件而進行了廣泛的研究，用于鍵合的玻璃是研究開發的重點之一。研究體系包括熔融石英玻璃、Na₂O-CaO-SiO₂玻璃、K₂O-CaO-PbO玻璃、鋁酸鹽玻璃和硅酸鹽玻璃（如Pyrex玻璃）。研究重點在于硅-玻璃的牢固鍵合以及硅-玻璃在寬的溫度范圍的熱、力學性能的相匹配等方面。在眾多的玻璃體系中，與硅的熱學性能及力學性能相匹配并能滿足封裝工藝要求的玻璃主要是含少量堿金屬離子的硼硅酸鹽玻璃，國外將該種玻璃用于與硅片的封接已獲得滿意的結果。而目前國內的同類型玻璃主要存在于硅的熱、力學性能不匹配的問題，不能滿足電子行業的需求。不論是國外的玻璃還是國內的玻璃，都存在室溫電阻率高的問題，這決定了必須采用較高的封裝溫度和電壓長能實現封裝所要求的牢固化學鍵合。而且因封裝溫度高，產生的熱應力也大。為了克服硅-玻璃封裝中存在的問題，國外有人提出微晶玻璃代替玻璃的科學構想，并經試驗表明，采用微晶玻璃有許多優越性：

①微晶玻璃的各項性能特別是與鍵合工藝密切相關的熱膨脹系數的可調性比Pyrex玻璃與95玻璃寬。也就是說用微晶玻璃與硅進行鍵合時，兩者的熱膨脹匹配性更容易實現，可以在一個很寬的組成范圍，通過控制具有低膨脹甚至是負膨脹的微晶與具有正膨脹的玻璃相的含量，將微晶玻璃的熱膨脹系數調整到與硅基片相匹配。

②使用微晶玻璃時對鍵合條件的要求要比Pyrex玻璃與95玻璃低很多。用Pyrex玻璃與95玻璃與硅片進行靜電鍵合時溫度高達450~500℃，直流電壓要求1100V；而用微晶玻璃時，由于微晶玻璃的室溫電阻率低，可以在溫度低于180℃、施加500V左右直流電壓的情況下順利完成鍵合。另外，由于鍵合溫度比較低，在鍵合結束之后產生的熱應力也小，從而可防止結合片開裂、器件破壞及靈敏度受熱應力影響等一系列問題。