Co to jest wiązanie anodowe?

Łączenie anodowe to metoda łączenia płytek, która jest szeroko stosowana w przemyśle mikroelektronicznym do uszczelniania dwóch powierzchni za pomocą połączenia ciepła i pola elektrostatycznego. Ta technika klejenia jest najczęściej stosowana do uszczelniania warstwy szkła na płytce krzemowej. Nazywane również łączeniem wspomaganym polem lub uszczelnianiem elektrostatycznym, przypomina wiązanie bezpośrednie, ponieważ — w przeciwieństwie do większości innych technik łączenia — zwykle nie wymaga warstwy pośredniej, ale różni się tym, że polega na przyciąganiu elektrostatycznym między powierzchniami w wyniku ruchu jonów dodatnich, gdy na komponenty jest przykładane wysokie napięcie.

Możliwe jest zastosowanie wiązania anodowego do połączenia metalu ze szkłem oraz, przy użyciu cienkiej warstwy pośredniej szkła, krzemu z krzemem. Nadaje się jednak szczególnie do klejenia krzemu i szkła. Szkło musi mieć wysoką zawartość metali alkalicznych, takich jak sód, aby zapewnić ruchliwe jony dodatnie; często stosuje się specyficzny rodzaj szkła, który zawiera około 3.5 procent tlenku sodu (Na2O).

W procesie klejenia powierzchnie dwóch komponentów są wygładzane i dokładnie czyszczone, aby zapewnić bliski kontakt między nimi. Są one następnie umieszczane pomiędzy dwiema elektrodami, podgrzewane do 752-932° Fahrenheita (400-500° Celsjusza) i przykładany jest potencjał od kilkuset do tysiąca woltów, tak że elektroda ujemna, zwana katodą, jest styka się ze szkłem, a elektroda dodatnia, anoda, styka się z krzemem. Dodatnio naładowane jony sodu w szkle stają się ruchome i przemieszczają się w kierunku katody, pozostawiając deficyt ładunku dodatniego w pobliżu granicy z płytką krzemową, który jest następnie utrzymywany w miejscu przez przyciąganie elektrostatyczne. Ujemnie naładowane jony tlenu ze szkła migrują w kierunku anody i reagują z krzemem, gdy osiągną granicę, tworząc dwutlenek krzemu (SiO2); powstałe wiązanie chemiczne uszczelnia oba składniki razem.

Technika ta służy do hermetyzacji wrażliwych elementów elektronicznych w celu ochrony ich przed uszkodzeniem, zanieczyszczeniem, wilgocią i utlenianiem lub innymi niepożądanymi reakcjami chemicznymi. Wiązanie anodowe jest szczególnie związane z przemysłem systemów mikroelektromechanicznych (MEMS), w których stosuje się je do ochrony urządzeń, takich jak mikroczujniki. Główną zaletą wiązania anodowego jest to, że zapewnia silne, trwałe wiązanie bez potrzeby stosowania klejów lub nadmiernie wysokich temperatur, które byłyby wymagane do połączenia ze sobą elementów. Główną wadą wiązania anodowego jest to, że zakres materiałów, które można skleić, jest ograniczony i istnieją dalsze ograniczenia dotyczące kombinacji materiałów, ponieważ muszą one mieć podobne współczynniki rozszerzalności cieplnej — to znaczy muszą rozszerzać się w podobnym tempie po podgrzaniu lub zróżnicowana ekspansja może powodować naprężenia i wypaczenia.