阳极键合技术可以在外加电场和温度的作用下将硅与基板键合在一起,具有低温、快速、高强度、永久直接的键合特性,是微机电系统(Micro-ElectroMechanical System,MEMS)三维集成封装的关键核心技术,而低温共烧陶瓷(Low Temperature co-fired ceramic,LTCC)技术可以实现MEMS封装集成一体化,有利于MEMS器件的小型化、多功能集成化。因此可阳极键合的LTCC材料是MEMS高密度三维集成封装研究中的备受关注的课题之一。已报导的可阳极键合LTCC基板材料目前只有两个材料体系:即Pyrex玻璃/氧化铝/堇青石体系和Li-Mg-AlSi-Bi陶瓷体系。然而这两种材料由于键合电压过高,在封装过程中会造成器件的击穿失效和微结构损坏。针对以上情况,需研究开发新型、低电压可阳极键合LTCC材料,以促进MEMS器件的小型化和多功能集成化发展。本课题研究以锂辉石微晶玻璃为研究对象来制备低电压可阳极键合的LTCC材料。主要研究内容和研究结果如下:(1)Li-Al-Si(LAS)微晶玻璃热学性质调控及机理研究:通过烧结法制备了不同氧化钠含量的LAS微晶玻璃样品,成功制备了热膨胀系数与硅匹配的可阳极键合LAS微晶玻璃材料。所有组分下LAS微晶玻璃样品的主晶相均为β-锂辉石固溶体、γ-锂辉石固溶体和氧化锆。添加适量的氧化钠会促进LAS微晶玻璃样品的烧结,添加过量的氧化钠会导致LAS微晶玻璃材料烧结性能的退化。并且随着氧化钠含量的增加,LAS微晶玻璃的热膨胀系数逐渐增大。氧化钠调控LAS微晶玻璃材料热膨胀系数的机理研究表明:1)玻璃相和晶相之间热膨胀系数差异很大,而氧化钠对LAS微晶玻璃的析晶度具有重要影响,随着氧化钠含量的变化,LAS微晶玻璃中晶相和非晶相的比例也不断变化,导致LAS微晶玻璃的热膨胀系数随氧化钠含量的增加不断增大。2)氧化钠作为一种玻璃外体氧化物,可以促进非桥氧的生成,从而削弱玻璃网络的强度,从而促进LAS微晶玻璃热膨胀系数的增大。(2)LAS微晶玻璃电学性质调控及机理研究:制备了含有不同氧化钡摩尔比例的LAS微晶玻璃样品,合成了具有低离子电导率、低介电损耗的LAS微晶玻璃材料。研究结果表明,随着氧化钡含量的增加,LAS微晶玻璃的析晶逐渐被抑制,晶相/非晶相比例逐渐减少。少量氧化钡的取代对LAS微晶玻璃样品的烧结性能具有轻微影响,过量氧化钡的取代会导致LAS微晶玻璃材料烧结性能的退化。随着氧化钡摩尔比例的增加,材料的离子电导率和介电损耗先降低后增加,表面出明显的混合碱效应。氧化钡摩尔比例对材料电学性质的影响可以通过渗流网络模型解释:氧化钡摩尔比例较低时,材料中玻璃相的含量较低,难以形成完整的渗流网络,此时玻璃相对材料中载流子的迁移主要起晶界散射的作用,因此,随着氧化钡摩尔比例的增加,材料中的玻璃相不断增加,LAS微晶玻璃的电导率逐渐减小。随着氧化钡的摩尔比例继续增加,导致玻璃相的含量也不断增加并超过阈值时,渗流网络会逐渐形成,渗流路径不断增加,最终导致材料的离子电导率随着氧化钡摩尔比例的增加而不断增大。(3)开展了可阳极键合LAS微晶玻璃应用研究,制备了适用于MEMS惯性传感器晶圆级真空封装的基板。通过使用背膜填孔工艺,有效提高了填孔成功率,弥补了丝网印刷工艺的不足。在高纯氮气气氛中对电极浆料和基板进行共烧有效的抑制了银电极的共烧扩散。对阳极键合工艺条件的探索表明,本论文制备的电路基板可以在200 V的键合电压下完成键合,键合质量良好,键合条件温和,满足晶圆级真空封装应用需求。