Analysis of charge space distribution influence on electric adhesion forces
- Saint-Petersburg Mining University
Abstract
Modeling ideas of physical and chemical processes when using an anodic bonding for materials connection are developed. The kinetics of a charge accumulation in an electrode region in a dielectric is considered. The thickness of a charge layer, electric fields strength and value of the ponderomotive pressure providing connection of materials are calculated. It is shown that the necessary ponderomotive pressure resulting in a dielectric-to-conductor seal is normally about ten megapascal and the time required is about ten minutes. The appearance of great pulling electric fields at anodic bonding process with a conductor surface to dielectric turns out to be possible due to the interlayer polarization developing in dielectric under the action of electric voltage. This results in a negative charge accumulation in a layer of small thickness beside anode. Thus applied electric voltage is distributed not through the whole thickness of a dielectric, but in fact is applied to a narrow area of the three-dimensional charge be-side anode. Arising strong electric fields force the connected materials to unite. The physical and mathematical models for force characteristics of non-uniform electric field are developed. Dependences of parameters of anodic bonding junction on time are considered. The expressions allowing to choose well-founded time of formation of anodic bonding junction are obtained, intensity of electrostatic fields and forces in dynamics is calculated. Research of a charge intermittence influence on electrostatic field strength has shown a considerable differences on small distances to the charged surface between carried out and traditional ways of calculation.
References
- Влияние постоянного электрического поля на процессы осаждения тонких металлических пленок платины методом ионно-плазменного распыления / В.П.Афанасьев, Д.А.Чигирев, Н.С.Пщелко, Н.П.Сидорова // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2010. Вып.6. С.59-65.
- Дерягин Б.В. Адгезия твердых тел / Б.В.Дерягин, Н.А.Кротова, В.П.Смилга. М.: Наука, 1973. 280 с.
- Нагорный В.С. Анализ динамики процесса формирования электроадгезионного контакта / В.С.Нагорный, Н.С.Пщелко, Н.П.Сидорова // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2009. № 6. С.166-170.
- Пщелко Н.С. Использование электрического поля для повышения адгезии электропроводящих пленок к ди-электрическим подложкам при вакуумном нанесении // Вакуумная техника и технология. 2010. № 1. С.31-36.
- Пщелко Н.С. Неразрушающий контроль прочности электроадгезионных соединений проводник – ионный диэлектрик // Записки Горного института. 2011. Т.189. С.264-268.
- Пщелко Н.С. Использование силового действия электрического поля для временного и постоянного соеди-нения материалов / Н.С.Пщелко, А.С.Полль, Д.О.Репетух // Записки Горного института. 2012. Т.196. С.356-360.
- Пщелко Н.С. Влияние дискретности распределения заряда на силовые характеристики электрического поля в электроадгезионных технологиях / Н.С.Пщелко, Н.П.Сидорова, Д.А.Чигирев // Записки Горного института. 2012. Т.196. С.361-367.
- Low temperature wafer anodic bonding / J.Wei, H.Xie, M.L.Nai, C.K.Wong, L.C.Lee // J.Micromech. Microeng. 2003. Vol.13. P.217-222.
- Optical sensors for vapors, liquids, and biological molecules based on porous silicon technology / L.De Stefano, L.Moretti, A.Lamberti, O.Longo, M.Rocchia, A.M.Rossi, P.Arcari, I.Rendina // IEEE Transaction on Nanotechnology. 2004. Vol.3(1). P.49-54.
- Pshchelko N.S. Electrochemical Properties of a Polypyrrole-Polyimide Composite / N.S.Pshchelko, K.L.Levin // Polymer Science. Ser.A. 2011. Vol.53. N 6. P.510-520.
- Pshchelko N.S. Modeling of physical and chemical processes of anodic bonding technology / N.S.Pshchelko, M.P.Sevryugina // Advanced Materials Research. 2014. Vol.1040. P.513-518.
- Pshchelko N.S. Interlayer Polarization of Ionic Dielectrics at Anodic Bonding Process with a Conductor Surface // Non-ferrous metals. 2006. N 4. P.27-31.