Što je anodno lijepljenje?

Anodno spajanje je metoda lijepljenja pločica koja se naširoko koristi u industriji mikroelektronike za spajanje dviju površina pomoću kombinacije topline i elektrostatičkog polja. Ova tehnika lijepljenja najčešće se koristi za brtvljenje sloja stakla na silicijsku pločicu. Također se naziva vezivanje uz pomoć polja ili elektrostatičko brtvljenje, nalikuje izravnom spajanju po tome što – za razliku od većine drugih tehnika lijepljenja – obično ne zahtijeva međusloj, ali se razlikuje po tome što se oslanja na elektrostatičku privlačnost između površina koja je rezultat kretanja pozitivnih iona kada na komponente se primjenjuje visoki napon.

Moguće je koristiti anodno spajanje za spajanje metala na staklo i, korištenjem tankog međusloja stakla, silicija na silicij. Međutim, posebno je prikladan za lijepljenje silicija i stakla. Staklo mora imati visok udio alkalnih metala kao što je natrij kako bi osiguralo pokretne pozitivne ione; često se koristi specifična vrsta stakla koja sadrži oko 3.5 posto natrijevog oksida (Na2O).

U procesu lijepljenja, površine dviju komponenti se zaglađuju i temeljito čiste kako bi se osigurao bliski kontakt između njih. Zatim su u sendviču između dvije elektrode, zagrijane na 752-932° Fahrenheita (400-500° Celzijusa) i primijenjen je potencijal od nekoliko stotina do tisuću volti, tako da negativna elektroda, koja se zove katoda, bude u kontaktu sa staklom, a pozitivna elektroda, anoda, je u kontaktu sa silicijem. Pozitivno nabijeni natrijevi ioni u staklu postaju pokretljivi i kreću se prema katodi, ostavljajući manjak pozitivnog naboja blizu granice sa silicijskom pločicom, koja se zatim drži na mjestu elektrostatičkim privlačenjem. Negativno nabijeni ioni kisika iz stakla migriraju prema anodi i reagiraju sa silicijem kada dođu do granice, tvoreći silicij dioksid (SiO2); nastala kemijska veza spaja dvije komponente zajedno.

Tehnika se koristi za kapsuliranje osjetljivih elektroničkih komponenti kako bi se zaštitile od oštećenja, kontaminacije, vlage i oksidacije ili drugih nepoželjnih kemijskih reakcija. Anodno spajanje posebno je povezano s industrijom mikro-elektro-mehaničkih sustava (MEMS), u kojoj se koristi za zaštitu uređaja kao što su mikro-senzori. Glavna prednost anodnog spajanja je da proizvodi jaku, trajnu vezu bez potrebe za ljepilima ili pretjerano visokim temperaturama, što bi bilo potrebno za spajanje komponenti. Glavni nedostatak anodnog lijepljenja je taj što je raspon materijala koji se mogu lijepiti ograničen, a postoje i dodatna ograničenja u kombinacijama materijala, jer moraju imati slične koeficijente toplinskog širenja – to jest, moraju se širiti sličnom brzinom kada se zagrije, ili diferencijalno širenje može uzrokovati naprezanje i savijanje.