静电键合是利用电、热、力等多场耦合作用下实现金属或半导体与非金属(如玻璃、陶瓷等)固相热扩散连接的一种特殊方法,具有优异的工艺特点:温度低、压力低、快速和简便等。这种工艺方法现已发展成为一种用于微机械电子系统(MEMS)器件封装的关键技术之一。随着微电子技术的深入发展对巨大产业的需求,静电键合技术也朝着更加复杂和实用的方向发展,并不断在新的领域开展应用研究,多层静电键合技术就是在不断产生的实际需求中发展起来的。针对目前静电键合通常采用两个电极通过一次电极反接的方式实现多层样片之间的键合存在的缺陷,如第二次键合过程中在第一次键合面形成的反向电压会减弱键合的强度等,对以前的键合设备进行了改进,研制了一套能使用两步法和共阳极法的多层静电键合的专用设备,并应用该设备采用共阳极法进行了玻璃与铝的五层的静电键合工艺试验;键合完成的试样采用光学金相显微镜、扫描电镜等观察了微观组织。从多层静电键合过程中键合界面的静电场分布规律、离子迁移规律、紧密接触区的变化规律等特征方面入手,深入分析多层静电键合的微观形貌特征及反应产物在过渡层中的分布规律,深入探讨界面极化、界面结构及离子传输特征等,最终形成多层静电键合的离子动态迁移机理;采用MARC非线性有限元分析软件,分析五层玻璃与铝静电键合试件从500℃冷却到室温时试件的翘曲变形量和变形形状、应力和应变分布的规律。玻璃与铝五层共阳极键合时,在铝的两侧玻璃中同时产生对称的离子流和Na+离子耗尽层,五层玻璃与铝共阳极静电键合时各元素的分布在铝的两侧呈对称分布,玻璃与铝五层共阳极键合电流的变化趋势和玻璃与铝两层键合时的电流变化趋势大体一致,没有发现五层键合时的电流—时间关系和三层、两层有绝对的数量关系。研究表明,玻璃与铝静电键合试样在由键合温度恢复到室温后,试样中会产生残余应力和变形;通过五层玻璃与铝共阳极静电键合试件的有限元分析结果发现,整个试样中的最大等效应力和最大剪应力都出现在键合试件的过渡层上,这种现象类似于金属焊接时残余应力的最大值出现在热影响区,所以多层玻璃与铝静电键合时过渡层成为静电键合的薄弱环节,五层玻璃与铝静电键合时的最大变形量和等效应变明显小于两层玻璃与铝的静电键合,这是由于五层玻璃与铝静电键合试件在铝的两侧玻璃呈对称分布,键合试样在铝的两侧界面附近的残余应力和应变也呈对称分布,这一结构的存在减缓了变形,这对于MEMS器件在封装时的结构设计和合理安排具有重要价值,对于MEMS封装质量的提高也具有重要的意义。