Τι είναι η ανοδική συγκόλληση;

Η ανοδική συγκόλληση είναι μια μέθοδος συγκόλλησης γκοφρέτας που χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία μικροηλεκτρονικών για τη σφράγιση δύο επιφανειών χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό θερμότητας και ηλεκτροστατικού πεδίου. Αυτή η τεχνική συγκόλλησης χρησιμοποιείται πιο συχνά για τη σφράγιση ενός στρώματος γυαλιού σε μια γκοφρέτα πυριτίου. Ονομάζεται επίσης συγκόλληση με υποβοήθηση πεδίου ή ηλεκτροστατική σφράγιση, μοιάζει με την άμεση συγκόλληση καθώς — σε αντίθεση με τις περισσότερες άλλες τεχνικές συγκόλλησης — συνήθως δεν απαιτεί ενδιάμεσο στρώμα, αλλά διαφέρει στο ότι βασίζεται στην ηλεκτροστατική έλξη μεταξύ των επιφανειών που προκύπτει από την κίνηση θετικών ιόντων όταν εφαρμόζεται υψηλή τάση στα εξαρτήματα.

Είναι δυνατή η χρήση ανοδικής σύνδεσης για τη συγκόλληση μετάλλου με γυαλί και, χρησιμοποιώντας ένα λεπτό ενδιάμεσο στρώμα γυαλιού, πυρίτιο με πυρίτιο. Ωστόσο, είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για συγκόλληση γυαλιού πυριτίου. Το γυαλί πρέπει να έχει υψηλή περιεκτικότητα σε αλκαλικά μέταλλα όπως το νάτριο για να παρέχει κινητά θετικά ιόντα. χρησιμοποιείται συχνά ένας συγκεκριμένος τύπος γυαλιού που περιέχει περίπου 3.5 τοις εκατό οξείδιο του νατρίου (Na2O).

Στη διαδικασία συγκόλλησης, οι επιφάνειες των δύο εξαρτημάτων λειαίνονται και καθαρίζονται επιμελώς για να εξασφαλιστεί η στενή επαφή μεταξύ τους. Στη συνέχεια τοποθετούνται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων, θερμαίνονται στους 752-932° Fahrenheit (400-500°C) και εφαρμόζεται ένα δυναμικό μερικών εκατοντάδων έως χιλίων βολτ, έτσι ώστε το αρνητικό ηλεκτρόδιο, το οποίο ονομάζεται κάθοδος, να είναι σε επαφή με το γυαλί, και το θετικό ηλεκτρόδιο, η άνοδος, είναι σε επαφή με το πυρίτιο. Τα θετικά φορτισμένα ιόντα νατρίου στο γυαλί γίνονται κινητά και κινούνται προς την κάθοδο, αφήνοντας ένα έλλειμμα θετικού φορτίου κοντά στο όριο με τη γκοφρέτα πυριτίου, η οποία στη συνέχεια συγκρατείται στη θέση της μέσω ηλεκτροστατικής έλξης. Τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα οξυγόνου από το γυαλί μεταναστεύουν προς την άνοδο και αντιδρούν με το πυρίτιο όταν φτάσουν στο όριο, σχηματίζοντας διοξείδιο του πυριτίου (SiO2). ο προκύπτων χημικός δεσμός σφραγίζει τα δύο συστατικά μαζί.

Η τεχνική χρησιμοποιείται για την ενθυλάκωση ευαίσθητων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων για την προστασία τους από ζημιά, μόλυνση, υγρασία και οξείδωση ή άλλες ανεπιθύμητες χημικές αντιδράσεις. Η ανοδική συγκόλληση συνδέεται ιδιαίτερα με τη βιομηχανία μικροηλεκτρομηχανικών συστημάτων (MEMS), στην οποία χρησιμοποιείται για την προστασία συσκευών όπως οι μικροαισθητήρες. Το κύριο πλεονέκτημα της ανοδικής συγκόλλησης είναι ότι παράγει μια ισχυρή, μόνιμη σύνδεση χωρίς την ανάγκη για κόλλες ή υπερβολικά υψηλές θερμοκρασίες, όπως θα απαιτούνταν για τη σύντηξη των εξαρτημάτων μεταξύ τους. Το κύριο μειονέκτημα της ανοδικής συγκόλλησης είναι ότι το εύρος των υλικών που μπορούν να συγκολληθούν είναι περιορισμένο, και υπάρχουν περαιτέρω περιορισμοί στους συνδυασμούς των υλικών, επειδή πρέπει να έχουν παρόμοιους συντελεστές θερμικής διαστολής — δηλαδή, πρέπει να επεκτείνονται με παρόμοιους ρυθμούς όταν θερμαίνεται ή η διαφορική διαστολή μπορεί να προκαλέσει καταπόνηση και παραμόρφωση.